Какие металлы называют легкими

Многие из нас неохотно посещали уроки химии, испытывая сложности с пониманием этой непростой, но интересной науки. Постараемся доступно объяснить один интересный факт о металлах и их свойствах.

Скорее всего, металл представляется вам плотным или тяжелым. Неудивительно: такими признаками обладает большая их часть. Но знаете ли вы, что есть металлы, вес которых легче воды и сопоставим с тяжестью воздуха?

Литий – самый легкий металл с наименьшей плотностью, которая составляет 0,534 грамм на 1 кубический сантиметр. Не будь литий столь активным, он бы с легкостью плыл по воде. Литий имеет серебристо-белый цвет.

Сюда же относится калий , который по плотности уступает воде: она составляет 0,862 грамма на кубический сантиметр. Плотность натрия – 0,971 грамм на тот же объем. Остальные металлы, входящие в периодическую таблицу, имеют более высокую плотность, чем вода. Оба вещества также серебристо-белого цвета.

Несмотря на то, что натрий и калий за счет своей легкости могли бы плавать на воде, они имеют такую же высокую активность, как у лития. Если поместить их в воду, металлы начнут гореть или взрываться.

СВЕРХЛЕГКИЙ МЕТАЛЛ, КОТОРЫЙ ЛЕГЧЕ ВОДЫ!

Самым легким элементом считается водород , состоящий из одного протона и нейтрона. Определенные факторы могут сделать его твердым металлом с плотностью 0,0763 грамма на кубический см. Из-за этого водород – наименее плотный металл, хотя его не принято таким считать, так как водорода не бывает на Земле в чистом виде, он является частью молекулярных соединений, присутствуя в воде и органических веществах.

Легчайший сплав

Да, металлы бывают более легкими, чем вода, но они тяжелее, чем сплавы. Самый легкий металлический сплав – решетка из никелево-фосфорных трубок , которую также называют металлической микрорешеткой . Ее разработкой занимались ученые из Калифорнийского университета в Ирвине и Калифорнийского технологического института . Например, кусок пенополистирола (проще говоря, пенопласта ) в 100 раз тяжелее металлической решетки. Хотя составляющие сплава имеют обычную плотность, он невероятно легок.

Металлическая решетка – это ячеистая структура, состоящая на 99,9% из пор; металлические трубки полые. Трубка имеет ширину примерно 100 нанометров, то есть в 1000 раз тоньше волоса человека!

Вот такая занимательная химия. Не все знают эти факты о металлах, ассоциирующихся у большинства с чем-то грубым и тяжелым.

Ставьте ПАЛЕЦ ВВЕРХ и ПОДПИСЫВАЙТЕСЬ на Дзен канал

Источник: dzen.ru

Самые легкие металлы

В представлении большинства людей металл — это плотный и тяжелый материал. Как раз такими характеристиками отличается большинство металлов, но далеко не все. Представьте, что есть металлы и сплавы, по весу сопоставимые с тяжестью воздуха!

Вспоминаем школьные уроки химии и обсуждаем, какие металлы самые легкие и чем объясняются такие необычные свойства.

Самые легкие металлы на планете — какие самые важные

Легкими называют металлы, у которых невысокая плотность. Они высоко ценятся, активно используются в промышленности и составляют около 20% от общей массы земной коры.

ТОП-5 легких металлов:

1. Самый легкий металл — литий. Это щелочной металл имеет серебристо-белый цвет, у него наименьшая атомная масса и наименьшая плотность, которая в два раза меньше, чем у воды, — 0, 534 г/см3. Литий мягкий и пластичный, режется ножом, находится на третьем месте периодической таблицы после водорода и гелия, у металла более 30 собственных минералов. Температура плавления — +180, 54 градуса. В природе есть два стабильных изотопа лития. Металл всплывает в воде и керосине. Литий редко используется в чистом виде, так как это очень активный элемент, который быстро вступает в реакцию с окружающей средой. К тому же, литий сильно токсичен, поэтому для бытового применения не подходит.
2. К числу самых легких элементов на планете относится водород — это плотность составляет 0, 0763 г/см3, но так как он не встречается в чистом виде, а только как часть молекулярных соединений, то его не причисляют к категории металлов.
3. Далее следует калий, после него — алюминий, рубидий, цезий и стронций, магний, титан и другие щелочные металлы. По плотности калий уступает воде — 0, 862 г/см3. У остальных металлов плотность выше, чем у воды. Как и литий, калий вступает в реакцию с водой, поэтому чаще используется в сплавах, а не в чистом виде.
4. На третьем почетном месте находится алюминий — в земной коре этот элемент достаточно распространен. Алюминий отлично проводит электричество и тепло, не подвержен коррозии, но легко подвергается сгибанию. Сплавы с алюминием пластичны, достаточно прочные, не ржавеют, хорошо свариваются и поддаются резке. Если говорить о самых прочных металлах среди самых легких, то алюминий может занять здесь первое место. Когда люди еще не умели получать этот металл промышленным путем, его цена была выше, чем на золото. Используется алюминий в ракетостроении, военной промышленности.
5. Титан — химический элемент серебристого цвета с плотностью 4, 5 г/см3. Титан получил статус самого твердого металла, характеризуется высокой антикоррозийной стойкостью, сохраняет исходные характеристики даже при температуре +300 градусов.

Самый легкий искусственный металл

Металлы бывают легче воды, но они всегда тяжелее сплавов. В Калифорнийском университете был разработан уникальный металлический сплав микролаттис — решетка из никелево-фосфорных трубок (металлическая микрорешетка). Хотя составляющие этого сплава имеют обычную плотность, он невероятно легкий. Например, в 100 раз легче пенопласта.

Микролаттис получен искусственно и на 99, 99% состоит из воздуха. В 2021 году его занесли в Книгу рекордов и официально признали самым легким металлом. В основе этого материала лежит металлическая решетка с ячеистой структурой из микропор и полые металлические трубки, пересекающиеся между собой крест-накрест.

Каждая трубка в 1000 раз тоньше человеческого волоса — имеет ширину 100 нанометров. Представьте, что если положить кусочек миколаттиса на шапку одуванчика, она не деформируется. Необычная легкость достигается благодаря структуре материала, напоминающей кости живых организмов.

Несмотря на легкость, этот сплав выдерживает большие нагрузки наравне с другими металлами, которые встречаются в природе.

Где используют самые легкие металлы

Используют легчайшие металлы и их сплавы в разных производственных отраслях и во многих проектах. Особенно конструкции из легких металлов востребованы в:

• строительстве;
• медицине;
• металлургии;
• текстильной промышленности;
• фармацевтике;
• ядерной энергетике;
• автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Сейчас продолжаются исследования по разработке искусственных легчайших металлов, как микролаттис. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем появится уникальный по прочности и легкости материал, который превзойдет все известные металлы щелочной группы.

Интересует лазерная резка любых металлов и не только? Обращайтесь в компанию Мос-Лазер!

Источник: mos-laser.ru

Легкие металлы – перечень, свойства и польза элементов

В настоящее время такое понятие, как «легкие металлы», отсутствует в номенклатуре ИЮПАК. Таковыми принято называть металлы, имеющие небольшую плотность (как правило до 4,5 г/см3) или вес. Стоит отметить, что в настоящее время существуют такие металлы, которые легко держатся на воде, а некоторые из них имеют вес, в разы меньший пенопласта, но при этом все равно остаются достаточно прочными.

Группа легких металлов, как правило, включает в себя следующие: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Кроме этого, к данной группе металлов часто также добавляют галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Наиболее важными металлами данной группы с точки зрения технического применения являются алюминий, магний, титан, бериллий. Именно данные металлы служат в качестве основы сплавов. Алюминиевые сплавы являются наиболее значимой и распространенной группой, однако, не смотря на это, для специфического применения также предлагаются и материалы из титана и бериллия.

Что представляют собой

В номенклатуре IUPAC – уважаемой в мире международной организации, курирующей теорию и практику в сфере химии, термин «легкие металлы» отсутствует.

Неофициально к легким металлам относятся вещества с плотностью менее 5 граммов на кубический сантиметр.

Разные списки включают пять – десять позиций.

Самое распространенное деление – по используемости:

• На этом основании выделяют пять главных: алюминий, бериллий, магний, титан, литий.
• Их дополняет «экзотика»: галлий, индий, висмут, таллий, кадмий.

Вторая группа причисляется к редким металлам.

Редкими эти элементы названы потому, что на практике используются недавно и не так широко, как традиционные материалы.

Литий

Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C.

Закипит он только при 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.

Классификация

Каждый представитель «легкой» группы относится еще к какому-нибудь сообществу.

Основанием становится не плотность, а другие физико-химические характеристики:

• Щелочные элементы – литий.
• Щелочноземельные – бериллий, магний.
• Цветные металлы – алюминий, титан, магний.
• Легкоплавкие – висмут, галлий, кадмий, таллий, индий.
• Тугоплавкие – титан, магний.

Каждый химический элемент наделен специфическими свойствами, присущими своей группе.

Сплавы лития

Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.

Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.

Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.

Как представлены в природе

На легкий металлический сегмент приходится пятая часть литосферы (по массе).

Чаще они входят в состав руды либо минерала. Особенно химически сверхактивные элементы, например, литий. Этот самый легкий металл в природе представлен собственными минералами – лепидолитовой слюдой и сподуменом.

Сподумен

Особенности сдачи легких сплавов

В настоящее время физические и юридические лица имеют возможность получить прибыль от сдачи цветмета в специализированные пункты приема. Стоимость лома определяется рядом факторов, среди которых качество материала, чистота его химического состава, категория и прочие параметры. Также имеют значение актуальные расценки на рынке, тарифы конкретной принимающей компании.

Формальная сторона вопроса сдачи любого лома, в том числе легких цветных металлов, имеет свою специфику. Право на такое мероприятие есть у каждого, но реализуется оно по-разному. Например, если сдача цветмета производится юридическим лицом – организацией, предприятием или представителем малого бизнеса (ИП), – то потребуется специальная лицензия. На физических лиц данное требование не распространяется, однако следует учитывать несколько правил:

• к приемке допускается только собственный лом (при наличии документов, подтверждающих право на владение);
• подлежащий сдаче цветмет должен входить в реестр материалов, принимаемых без лицензии;
• сдача лома нелегальным пунктам приема может иметь весьма неприятные последствия в соответствии с действующим законодательством.

Помимо сугубо меркантильного интереса сдача цветных металлов привлекательна с точки зрения экологии, сохранения запасов природных ресурсов. Переработанный лом снова идет на изготовление необходимой продукции, причем производство из вторсырья оказывается дешевле, чем при использовании руды. С учетом того, что потребность промышленности в ломе неуклонно растет, тогда как природные запасы сырья стремительно сокращаются, замкнутый производственный цикл является наиболее рациональным. Таким образом, каждый, кто сдает сдает лом цветмета, не только повышает собственное благосостояние, но и действует во благо общества в целом.

Способы получения

Технологию выплавки легких металлов отработали к середине 19 века.

Для их получения в металлургии используется три способа:

1. Электролиз расплава солей. То есть аккумуляция на электродах компонентов растворенных либо других веществ. Реакцию запускает электрический ток, пропускаемый через раствор либо расплав электролита.
2. Металлотермия. Восстановление из их соединений другими, более активными металлами. Процесс проходит при повышенных температурах.
3. Электротермия. Материал нагревается, затем расплавляется теплом, полученным из электрического тока.

Производство легких элементов – весьма энергоемкий процесс. Поэтому металлургические комбинаты располагают поближе к источникам энергии.

В отличие от тяжелых металлов: их базовые предприятия привязывают к месторождению.

Ценностью легких, особенно цветных металлов, обусловлен второй способ получения – переработка лома.

Свойства легких металлов

Алюминий

Алюминий является металлом, идеально сочетающим в своих характеристиках легкость и прочность. Его первооткрывателем является датский физик Ганс Эрстед, который в 1825 году восстановил хлорид алюминия амальгамой калия при воздействии высоких температур, в результате чего и выделил данный металл.

Имеет характерный серебристо-белый окрас. Плотность металла составляет 2712 кг/м3. Плавится при температуре: 6580С (для технического алюминий) и 6600С (для алюминия высокой чистоты). Удельная теплота плавления алюминия – 390 кДж/кг. Закипает при температуре 2515,80С.

Имеет удельную теплоемкость 897Дж/кг*К. Обладает достаточно высокой пластичностью, которая составляет 35% у технического алюминия и 50% у чистого металла.

Первым изделием, для изготовления которого был применен алюминий, стала детская погремушка. Однако, с тех далеких времен, алюминий стал достаточно распространенным материалом. В настоящее время он нашел свое широкое применение во многих сферах человеческой деятельности. Однако, наибольший процент потребления данного металла приходится на упаковочную промышленность, особенно для банок с напитками.

Также следует отметить, что алюминий активно применяется наряду со сталью и в машиностроении. В настоящее время существует огромное множество алюминиевых сплавов, которые отвечают огромному количеству определенных и необходимых требований. Среди данных сплавов можно выделить две основные группы – литейные и деформируемые. Сплавы из каждой группы также можно разделить на те, которые способны дисперсионно твердеть и те, которые не способны. Чтобы материал сделать более прочным применяются:

• наклеп;
• легирование;
• дисперсионное твердение (старение).

Для того, чтобы получить оптимальные характеристики стареющих сплавов, их необходимо подвергнуть измельчению. В связи с этим, для дисперсионного старения деформируемых сплавов используется термообработка. Ее также могут применять с целью повышения прочности.

Если же сплав охлаждается за относительно короткий промежуток времени, что происходит в кокильном литье, то происходит действие, подобное облагораживанию металлов – сдвиг эвтектической точки при помощи переохлаждения. В результате происходит образование достаточно чистой эвтектической структуры, что избавляет от необходимости облагораживания металлов путем добавления в них натрия.

Деформируемые сплавы имеют в своем составе значительно меньшее количество легирующих элементов и примесей, в отличие от литейных сплавов. Деформируемые сплавы, обычно, отвечают более высоким требованиям. В связи с этим, для их выплавки применяется металлургический алюминий. К нестареющим деформированным сплавам относятся AlMg-сплавы.

Они отличаются своей высокой твердостью и прочностью по причине легирования. Данные свойства сохраняются даже при отжиге и сварке.

К высокопрочным сплавам нового поколения относятся Al-Li- сплавы.

Титан

Представляет собой легкий тугоплавкий металл с характерным серебристо-белым цветом. Отличается своей высокой устойчивостью к коррозии. Данным свойством он обязан стабильному пассивированному оксидному слою, который образуется за достаточно короткий промежуток времени при слабых средствах окисления.

Для титановых сплавов характерна высокая жаропрочность, которая может достигать 1200 – 1400Н/мм2. Именно титановые сплавы занимают ячейку между алюминиевыми сплавами и жаропрочными сталями, поскольку могут применятся до температуры 5000С, а также до 10000С при непродолжительном использовании.

Титановый сплав используется для изготовления деталей, которые подвергаются сильной нагрузке, с целью их облегчения. Например, шатуны для высокомощных двигателей изготавливаются именно из титановых сплавов. Это связано с тем, что данный материал обладает идеальным соотношением прочности на разрыв к плотности Rm/p.

Однако, для титановых сплавов характерна достаточно высокая стоимость, что препятствует их широкому применению, в отличие от Al-сплавов.

Титану, как и железу, присуще аллотропное превращение. Титан сохраняет свою гексагональную структуру до температуры 8820С.

Среди наиболее важных легирующих элементов, которыми обогащаются технические титановые сплавы, следует назвать ванадий, олово, молибден, цирконий, ниобий, а также хром и алюминий.

Титан (Ti)

Открытый в конце XVIII столетия и сразу добавленный в периодическую таблицу Менделеева под 22-м номером химический элемент серебристого цвета с атомной массой в 47,867 а. е. м. (атомная единица массы) и плотностью в 4,5 г/см^3 отличается впечатляющей прочностью.

Также среди свойств металла, получившего статус самого твердого из используемых, выделяют отличную антикоррозионную устойчивость. Это справедливо и для сплавов, получаемых на основе титана, причем собственные прочностные характеристики последние сохраняют даже при температурах в 300 °C, что делает их незаменимыми в текущий период времени в авиации и ракетостроении.

Титан, фото https://mining-prom.ru/

Помимо уже упомянутых отраслей, титановые сплавы востребованы в кораблестроении, химической, автомобильной и оборонной промышленности, а также на пищевом производстве и в сельском хозяйстве. Благодаря собственной инертности титан без проблем способен контактировать с тканями живых организмов, не вызывая опасных для здоровья химических реакций, а потому активно используется в медицине, начиная с протезирования и изготовления имплантатов и заканчивая созданием хирургических инструментов.

Источник: miminonino.ru