Чтобы исключить путаницу, начнем с определений. Под твердостью любого материала понимается его способность сопротивляться внедрению более твердых тел. То есть речь идет не о плотности или тугоплавкости, и даже не о прочности. А о том, можно ли на металле оставить царапину или вмятину, проткнуть его.
Блин, ну я же точно учил, но забыл, а если Владимир Владимирович спросит.
Прочный или твердый
Твердые материалы обычно хрупкие, а прочные – мягкие. Запутались? Объясняем. Это разные свойства. Прочность – это о способности материала сопротивляться внешнему воздействию, то есть о том, можно ли это тело сломать, порвать.
Если мне не заплатят миллион долларов, я разобью его!
Например, лидер по твердости – алмаз . Его невозможно поцарапать. Но если алмазный гвоздь попробовать забить молотком, он моментально рассыплется. В то же время стальной гвоздь выдерживает такое воздействие, так как он прочный.
Или возьмите напильник. Он прекрасно стачивает даже металл, так как его поверхность твердая. Но почему-то мы не применяем его не по назначению, например, вместо молотка. Так как при таком воздействии он расколется – напильник совсем не прочный.
Титан — САМЫЙ ПРОЧНЫЙ МЕТАЛЛ НА ЗЕМЛЕ!
Найди напильник на картинке.
А вот обычный молоток прекрасно справляется с задачей забивать гвозди. Он прочный, поэтому не сломается. Но поцарапать его легко – ведь не такой уж он и твердый.
Для промышленности эти характеристики важны, но чаще рассматривают в совокупности твердость и прочность. Так как в определенных условиях нужны детали, которые не будут поддаваться силовому воздействию и стираться.
Самые твердые
Сопротивляемость различным воздействиям, в том числе силовым, при разных условиях изучает наука «Сопромат». Для определения твердости существуют различные методики и приборы. Обычно ориентируются на методы по Маосу, Бринеллю или Виккерсу.
Чаще всего рейтинги информационные порталы начинают с титана. Действительно среди цветных металлов он один из самых твердых. Но он значительно уступает по этой характеристике другим материалам. Титан – идеально сочетает твердость и прочность, стойкость к коррозии, чаще встречается в природе, поэтому именно его применяют в кораблестроении, космической промышленности и других сферах.
Но если посмотреть на таблицы твердости, то среди металлов лидерами будут другие материалы.
Осмий
Самый твердый по шкале Бринелля. Но в то же время — это материал невероятно хрупкий, имеет высокую температуру кипения 5012 °C, высокую плотность – 22,587/22,61 г/см³. Из-за таких качеств осмий практически не поддается обработке. В компактном виде не взаимодействует ни с щелочами, ни с кислотами.
Чаще всего его легируют с другими металлами платиновой группы и применяют в отраслях, где нужна не только твердость, но и долговечность. Например, такие сплавы используют для изготовления емкостей для хранения ядерных отходов, в медицине – производства деталей для кардиостимуляторов.
Вольфрам
Часто именно этому металлу приписывают наивысшие качества по твердости. Это подтверждают и сводные таблицы по методу Маосса, Виккерса. Например, по шкале абсолютной твердости минералов вольфрам поддается воздействию алмазом, но сам царапает стекло. Поэтому имеет оценку «9» из «10» возможных.
Что Будет, Если СПЛАВИТЬ ВСЕ МЕТАЛЛЫ Вместе?
Это редкий материал с температурой плавления 3422 °C и плотностью 19,25 г/см³. Встречается в природе в виде сложных окисленных соединений. Является не только одним из наиболее твердых, но самых тяжелых, тугоплавких металлов.
Без примесей похож на платину. Поддается ковке при температуре 1 600 °C. Имеет высокую коррозийную стойкость, устойчив в вакууме, почти не растворим в соляной, плавиковой и разбавленной серной кислотах.
Используют не только для приборов накаливания, но и в медицине, военной промышленности.
В категории самых твердых также присутствуют и другие металлы: рутений, иридий, уран, хром, бериллий. Их характеристики превосходят свойства титана. Но использование этих материалов ограниченно, так как они встречаются редко или имеют радиоактивные свойства.
Источник: dzen.ru
Самые мягкие металлы в мире
Почти все сталкивались хоть раз с таким металлом, как золото, ведь оно используется во многих сферах нашей жизни. Пользу для человека приносят и другие самые мягкие металлы – ртуть, калий, натрий и др.
Насколько золото мягкое, и как используется это свойство металла?
Сложно назвать какой-то другой металл, кроме золота, сыгравший в истории человечества столь важную роль. Из-за золота разжигались войны, оно побуждало немало страстей, в надежде обрести «золотые горы» человек мог идти на невероятные лишения. История этого металла сопоставима с историей цивилизации. По мнению археологов, золотом пользовались еще в Месопотамии и Египте, есть строчки о нем и в Ветхом Завете.
Скифский гребень из золота
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.
Настоящий цвет чистого золота
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.
Чистое золото настолько мягкое, что его можно поцарапать пальцем
Благодаря такому свойству золота, как мягкость, ему можно придать абсолютно любую форму, оно легко поддается обработке. В ювелирном искусстве уже более чем пять тысяч лет используется золото. Ранее из него изготавливали дворцовую утварь, культовые изделия, золотили одежду. Благодаря примесям других металлов, получают золото разных цветов.
Так как абсолютно очистить золото от примесей невозможно, нет стопроцентного золота. Даже на банковских слитках написано 99,99%.
Из-за мягкости металла даже в банковских слитках находится сплав золота
Долгое время из золота изготавливали только украшения, но со временем оно начало играть роль средства накопления и сбережения. Кстати, золото далеко не самый дорогой металл. По данным uznayvse.ru, гораздо дороже стоит родий. Один грамм этого вещества стоит 255 долларов.
Что делают из мягких металлов?
Мягкими металлами кроме золота являются медь, серебро, алюминий, но самые мягкие – это цезий, калий, натрий, рубидий и др. Притом, что серебра на планете в двадцать раз больше чем золота, этот драгоценный металл так же считается редким. Его легко обрабатывать, в этом оно уступает лишь золоту. Из него делают посуду, ювелирные украшения, монеты и приборы.
Алюминий не только очень мягкий, но и очень распространенный металл
Мягкий металл медь был известен с давних времен и имел огромное значение в развитии человечества и материальной культуры. Всем известно о медном веке, когда люди пользовались орудиями труда из этого металла и его сплавов. Сегодня она широко используется в медицине, искусстве и промышленности.
О том, что медь мягкая знали еще древние
Калий используют в сельском хозяйстве в виде солей калия. Основное же применение этого металла — приготовление пероксида калия. Без такого металла, как цезий не обходится производство катодов, фотоэлектронных умножителей, электровакуумных фотоэлементов и электронно-оптических преобразователей. Применение в разных областях нашел и рубидий.
Однако нельзя сказать, что область его применения широка. В мире производство этого металла — всего несколько десятков килограмм в год. Его соединения применяют для изготовления специальной оптики, в атомной и электронной промышленности, в аналитической химии, при изготовлении измерительных приборов.
Калий очень мягкий, но редкий металл
Широкое применение и у натрия. Практически нет ни одной отрасли промышленности, которая обходится без натрия. Этот металл в жидком виде, а так же в виде сплавов с калием используют как теплоноситель в атомной энергетике. В металлургии натрий служит восстановителем при получении циркония, урана, титана, тория и других металлов.
Используют натрий и в химической промышленности при производстве антисептиков и удобрений. В легкой промышленности натрий необходим для обработки кожи.
Самый мягкий металл в мире
Одним из удивительнейших химических элементов считается ртуть, так как будучи металлом, она находится в жидком состоянии. Из-за этого ртуть признана самым мягким в мире металлом.
Ртуть самый мягкий в мире металл
К ртути у человека особое отношение. Все дело в том, что она способна испаряться, находясь в жидком состоянии. Многие века ртуть служила на благо человека и использовалась в разнообразных сферах его деятельности. Сегодня известно более одной тысячи областей ее применения – это приборостроение, оборонная промышленность, сельское хозяйство, вакуумная техника, горное дело, электротехника, химическая промышленность и др.
Источник: uznayvse.ru
Топ 10 самых мягких металлов
Рейтинг самых мягких металлов составлен из «бытовых металлов», которые вы можете встретить в повседневной жизни, согласно шкале твердости Мооса.
1. Свинец , твердость по шкале Мооса — 1,5
Свинец известен с древних времен. Иногда он встречается в природе в свободном виде, но обычно его получают из руд галенита, англезита и церуссита . Хотя свинец составляет всего около 0,0013% земной коры, он не считается редким элементом, поскольку его легко добывать и очищать. Большая часть свинца получается путем обжига галенита на горячем воздухе, хотя почти треть свинца, используемого в Соединенных Штатах, получается путем вторичной переработки.
Свинец — мягкий, ковкий и устойчивый к коррозии материал. Свинец возглавляет список самых мягких металлов.
2. Олово — 1,5
Археологические данные свидетельствуют о том, что люди использовали олово не менее 5500 лет. Олово в основном получают из минерального касситерита (SnO 2 ) и извлекают путем обжига касситерита в печи с углеродом . Олово составляет всего около 0,001% земной коры и добывается в основном в Малайзии.
Олово противостоит коррозии и используется в качестве защитного покрытия на других металлах. Жестяные банки, пожалуй, самый известный пример, когда простой обыватель встречается с оловом . Следуя по таблице твердости Мооса вы легко ответите на вопрос — какой самый мягкий металл.
3. Цинк — 2,5
Хотя соединения цинка использовались в производстве латуни не менее 2500 лет, цинк был признан отдельным элементом гораздо позже. Металлический цинк впервые был получен в Индии примерно в 1400-х годах путем нагревания минерального каламина (ZnCO 3 ) с шерстью. Цинк был заново открыт Андреасом Сигизмундом Маргграфом в 1746 году путем нагревания каламина с древесным углем. Сегодня большая часть цинка производится путем электролиза водного сульфата цинка (ZnSO 4 ).
Примерно одна треть всего металлического цинка, производимого сегодня, используется в процессе, известном как гальванизация. При гальванизации предмет, подверженный коррозии, например кузов автомобиля , покрывается защитным цинковым покрытием. Цинк можно нанести на объект, погрузив его в ванну с расплавленным цинком, но чаще всего его наносят гальванопокрытием. Металлический цинк также используется для изготовления сухих аккумуляторных батарей, облицовки крыш и литья под давлением.
Цинк используется для изготовления многих полезных сплавов. Латунь, сплав цинка, который содержит от 55% до 95% меди , вероятно, является самым известным сплавом цинка. Латунь была впервые использована около 2500 лет назад и широко использовалась древними римлянами, которые использовали ее для изготовления монет, чайников и декоративных предметов.
4. Золото — 2,5
В земной коре обнаружено более девяноста элементов, но на протяжении тысячелетий люди охотились, копили и сражались, в частности, за один из них: металл цвета меда, золото. Искусство ювелирного дела зародилось около шести тысяч лет назад в каменном веке , и наше увлечение этим металлом не ослабевает и по сей день. Термин « золото » происходит от древнеанглийского слова «желтый» (gelo). Золото ценится за его относительную редкость; он составляет всего 0,0000005 процента залежей в земной коре. Химический символ золота — Au, сокращение от aurum, латинского слова «золото».
Золото называют самым красивым из всех химических элементов. К расота сделала его желанным для использования в ювелирных изделиях, монетах и произведениях искусства на протяжении тысячелетий. Это был один из первых чистых металлов, которые стали использовать люди.
Золото — один из немногих элементов, которые могут влиять на политику и экономику. Войны велись за доступ к золоту. Города и поселки возникали и вымирали по мере того, как золото было обнаружено, а затем добыто. Многие народы до сих пор считают свое богатство в соответствии с количеством золота, которое они хранят в хранилищах.
Большое количество золота по-прежнему используется в производстве монет, медалей, ювелирных изделий и предметов искусства. Золото также имеет ряд применений в промышленности, медицине и других областях. Например, один радиоактивный изотоп золота обычно используется для лечения рака.
Многие думали, что золото самый мягкий металл, но как оказалось это совершенно не так.
5. Серебро — 2,5-3
Археологические данные свидетельствуют о том, что люди использовали серебро не менее 5000 лет. Серебро можно получить из чистых месторождений, из серебряных руд, таких как аргентит (Ag 2 S) и роговое серебро (AgCl), а также в сочетании с месторождениями руд, содержащих свинец , золото или медь.
Серебро и соединения серебра имеют множество применений. Чистое серебро является лучшим проводником тепла и электричества из всех известных металлов, поэтому его иногда используют при изготовлении припоя, электрических контактов и печатных плат.
Серебро также является лучшим известным отражателем видимого света, но серебряные зеркала должны быть покрыты защитным покрытием, чтобы предотвратить их потускнение. Серебро также использовалось для создания монет, хотя сегодня вместо него обычно используются другие металлы. Стерлинговое серебро, сплав, содержащий 92,5% серебра, используется для изготовления изделий из серебра, ювелирных изделий и других декоративных предметов. Батареи большой емкости могут быть изготовлены из серебра и цинка , серебра и кадмия . Нитрат серебра (AgNO 3 ) чувствителен к свету и используется для изготовления фотопленок и бумаги. Иодид серебра (AgI) используется для засеивания облаков, чтобы вызвать дождь.
6. Алюминий — 2,5-3
Хотя алюминий является самым распространенным металлом в земной коре , в природе он никогда не встречается в свободном виде. Весь алюминий Земли соединился с другими элементами. Двумя наиболее распространенными соединениями являются квасцы, такие как сульфат калия-алюминия и оксид алюминия .
Алюминий — это очень универсальный металл, используемый для широкого спектра применений, от промышленных и архитектурных работ до товаров народного потребления, бытовой техники и конструкций «сделай сам». Преимущества алюминия трудно превзойти: алюминий легкий, но прочный, устойчивый к коррозии и хорошо поддающийся формованию. Он имеет привлекательный внешний вид и очень легко перерабатывается, что делает его экологически чистым.
- Алюминиевая труба представляет собой недорогой и легкий защитный канал для электропроводки.
- Алюминиевая отделка, поручни и сайдинг — отличный выбор для коррозионной стойкости и привлекательного внешнего вида любого здания.
- Для проектов дизайна интерьера своими руками алюминиевый лист подходит практически для любого стиля декора, от ретро до фермерского дома, от минимализма до эклектики.
- Алюминиевый стержень имеет множество различных применений в медицинской сборке, авиастроении, конструкционных компонентах и коммерческом транспорте.
7. Медь — 3
Археологические данные свидетельствуют о том, что люди использовали медь не менее 11 000 лет, помимо железа, это один из самых старых металлов изучены человечеством. Медь, благодаря тому, что это один из самых мягких металлов, о тносительно легко добывать и очищать, люди открыли методы извлечения меди из руд по крайней мере 7000 лет назад. Римская империя получала большую часть своей меди с острова Кипр, откуда и произошло название меди. Сегодня медь в основном получают из руд куприта (CuO 2 ), тенорита (CuO), малахита (CuO 3 ·Cu(OH) 2 , халькоцита (Cu 2 S), ковеллина (CuS) и борнита (Cu 6 FeS 4) . Крупные месторождения медной руды расположены в США, Чили, Замбии, Заире, Перу и Канаде.
Используемая в больших количествах в электротехнической промышленности в виде проволоки, медь уступает только серебру по электропроводности.
8. Латунь — 3
9. Никель — 4
Горняки 15 века в Германии нашли коричнево-красную руду, которая, по их мнению, содержала медь. Они назвали ее Купферникель или Дьявольская медь, потому что из этой руды не могли извлечь медь. В монетах США впервые использовался сплав никеля с медью в 1857 году. «Никель» не был сделан из чистого никеля, но в 1881 году чистый никель был использован для монет в Швейцарии.
Около 69% производимого никеля используется для производства нержавеющих сталей. Еще 15% используются в других сталях и сплавах цветных металлов — часто для узкоспециализированных промышленных, аэрокосмических и военных применений. Около 8% используется в гальванике и еще 3% в литейном производстве и отливках. Около 3% никеля используется в батареях для электроники, а также в батареях для портативной техники и гибридных автомобилей, и примерно 2% используется в таких целях, как химические вещества, катализаторы и красители.
Никель является одним из элементов, играющих решающую роль в переходе к энергетике, необходимом для сокращения выбросов CO2. Темпы перехода к энергетике увеличиваются по мере того, как внедряются пакеты мер по стимулированию зеленого роста, а экономики и компании в равной степени привержены чистому углеродному нейтралитету.
Металлургическая промышленность несет ответственность за поддержку и содействие переходу к экономике с нулевым выбросом углерода. Технологии экологически чистой энергии обычно требуют больше металлов, чем их ископаемые аналоги. И никель, производство которого неизбежно требует больших затрат энергии, играет решающую роль. Его уникальные свойства делают его ключевой частью энергетического перехода.
Никель – твердый, устойчивый к коррозии металл. Его можно наносить гальванопокрытием на другие металлы для образования защитного покрытия. Мелкодисперсный никель используется в качестве катализатора гидрогенизации растительных масел. Добавление никеля в стекло придает ему зеленый цвет. Из одного килограмма никеля можно вытянуть 300 километров проволоки.
Никель также используется для изготовления некоторых видов монет и батареек.
Никель сплавляют с другими металлами для повышения их прочности и устойчивости к коррозии. Никель сплавляют со сталью для изготовления броневой плиты, сводов и деталей машин. Его сплавляют с медью для изготовления труб, которые используются на опреснительных установках. Очень мощные постоянные магниты, известные как магниты Alnico, могут быть изготовлены из сплава алюминия , никеля, кобальта и железа .
10. Платина, твердость по шкале Мооса — 4-4,5
Используемая доколумбовыми индейцами Южной Америки, платина не была замечена западными учеными до 1735 года. Платина может встречаться в природе в свободном виде и иногда встречается в месторождениях золотосодержащих песков, прежде всего в Уральских горах, Колумбии и запад Соединенных Штатов. Платина в виде минерала сперрилита (PtAs 2 ) также получается в качестве побочного продукта при добыче никеля в районе Садбери, Онтарио, Канада.
Платина — мягкий, плотный, пластичный металл, очень устойчивый к коррозии. Из него изготавливают украшения, проволоку, электрические контакты и лабораторные сосуды. Платина расширяется почти с той же скоростью, что и натриево-кальциево-кремнеземное стекло, поэтому она используется для изготовления герметичных электродов в стеклянных системах.
Платина используется для покрытия носовых обтекателей ракет, топливных форсунок реактивных двигателей и других устройств, которые должны надежно работать в течение длительного времени при высоких температурах. Платиновые провода сопротивления используются в высокотемпературных электрических печах. Платиновые аноды используются в системах катодной защиты для предотвращения коррозии судов, трубопроводов и стальных опор в соленой воде. Название «платина» происходит от испанского «platina», что означает «маленькое серебро».
Платина — блестящий серебристо-белый, ковкий, пластичный металл, член 10-й группы периодической таблицы элементов. Она занимает третье место по плотности после осмия и иридия. Платина не боится воздуха и воды , но растворяется в горячей царской водке, в горячей концентрированной фосфорной и серной кислотах и в расплавленной щелочи.
Она так же устойчива, как золото , к коррозии и потускнению. Действительно, платина не окислится на воздухе, как бы сильно ее ни нагревали. Он имеет коэффициент расширения, почти равный коэффициенту расширения известково-натриевого стекла, и поэтому используется для изготовления герметичных электродов в стеклянных системах. Смеси водорода и кислорода взрываются в присутствии платиновой проволоки.
Существует шесть встречающихся в природе изотопов: наиболее распространены платина-194, на долю которой приходится 33%, платина-195 (34%) и платина-196 (25%). Остальные — платина-198 (7%), платина-192 (1%) и платина-190 (0,01%). Последний слаборадиоактивен с периодом полураспада 700 миллиардов лет, а остальные пять нерадиоактивны. Платина замыкает список самых мягких металлов.
Источник: topworld10.ru