Миллионы лет назад наши далекие предки изготавливали себе инструменты из дерева и камней, но спустя тысячелетия они научились пользоваться металлами. С этого момента человечество начало развиваться с немыслимыми темпами и все дошло до того, что большинство окружающих нас объектов сделано из железа, алюминия и других разновидностей этого материала. Практически все металлы хорошо проводят электричество и тепло, при определенных условиях они пластичны и отлично подходят для изготовления различных деталей для электроники, а также обладают характерным металлическим блеском. Но в периодической таблице Менделеева есть металлы, которые обладают уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться все остальные. Они по-своему удивительны, и когда-то давно этим металлам присваивали чуть ли не волшебные качества. Итак, давайте перечислим их, а также узнаем о свойствах и других интересных особенностях?
Оглянитесь вокруг — мы окружены металлами
Самый жидкий металл
Ртуть считается самым жидким металлом и, в то же время, одним из самых опасных для человеческого организма. Он практически всегда пребывает в жидком состоянии, потому что температура его плавления равна -38 градусам Цельсия. Именно поэтому этот металл используется в градусниках — при увеличении температуры, жидкость расширяется. Поскольку градусник сделан в виде стеклянной трубочки, расширяться она может только в одном направлении. Чтобы на показатели градусника не влияли другие условия вроде атмосферного давления, из трубочки выкачан воздух.
Несмотря на свою опасность, ртуть используется даже в повседневных вещах
В средневековье считалось, что при смешивании ртути, серы и загадочного «философского камня» можно получить чистое золото. Поэтому внимания этому металлу уделялось очень много. С средние века получить из ртути золота никому не удалось, но это стало под силу ученым в 1947 году — они поместили 100 миллиграмм ртути в атомный реактор и получили 35 микрограмм золота. Вот и второе удивительное свойство ртути — его можно превратить в золото, но это слишком дорогой процесс.
Серебро / Ag (~ 0,5 USD за 1 грамм)
Открывает наш топ 10 серебро, по-латински называемое аргентумом. Серебро известно человечеству с древнейших времен поскольку его возможно обнаружить в природе в виде самородков, и оно не требует никаких химических процессов для получения. Сам металлический цвет назван в честь аргентума — серебряным.
Серебро благородный металл, имеющий температуру плавления равную 962 градуса по Цельсию. Оно обладает самой высокой теплопроводностью среди всех известных металлов. Широко применяется в производстве электротехники и электрооборудования, ювелирном деле, входит в составы различных высокотехнологичных сплавов, используемых в самых разнообразных областях человеческой деятельности.
Серебро издавна известно своими антибактериальными свойствами, с помощью него можно уничтожить около 700 видов различных бактерий.
Даже на космических станциях вся вода очищается с помощью серебра, а некоторые домохозяйки кидают серебряные монетки в молоко продлевая его срок хранения.
Самый тугоплавкий металл
А теперь давайте поговорим о полной противоположности ртути — металле, именуемом как вольфрам. В то время как ртуть может расплавиться на человеческой ладони, для расплавления вольфрама необходима температура на уровне 3422 градусов Цельсия.
С немецкого «Wolf Rahm» можно перевести как «волчьи сливки»
Сам по себе вольфрам не опасен, но изделия, в котором он используется, могут убить. Этот металл часто используется как наконечник патронов, которые могут пробить даже бронежилет. Только его добавляют совсем чуть-чуть, потому что вольфрам — очень тяжелый металл.
В 2022 году мой коллега Илья Хель написал интересный материал про Секретное оружие США, где поразмышлял о том, что могут скрывать от нас американские военные. Советую почитать.
Из-за своей тугоплавкости, вольфрам трудно поддается деформации, поэтому в чистом виде его используют очень редко. Как правило, изделия из вольфрама имеют и другие примеси — они делают его более податливым и значительно уменьшают вес.
Висмут
Обычно это выглядит так:
nexmetal.com
Но при правильных условиях это может выглядеть так:
Wikipedia
Мы рекомендуем воспользоваться поиском картинок на Яндексе или в Google по запросу «Кристаллы висмута», чтобы увидеть все чудеса, которые может произвести висмут.
Некоторые другие интересные факты о висмуте:
- Висмут (висмут-209, самый распространенный изотоп) радиоактивен, но имеет один из самых длинных периодов полураспада из когда-либо измеренных. Его период полураспада составляет 1,9×10 ^ 19 лет, или примерно в миллиард раз дольше, чем существует Вселенная.
- Висмут — самый сильный природный диамагнитный металл из известных. Диамагнитные материалы при воздействии магнитного поля создают в ответ отталкивающее поле. Итак, с некоторыми сильными магнитами вы можете заставить висмут подниматься.
- Висмут обладает необычайно низкой токсичностью для тяжелых металлов. Его соседи по периодической диаграмме – полоний, сурьма и свинец – довольно токсичны, но висмут относительно безвреден. Из-за этого висмут исследуется как альтернатива свинцу для некоторых применений.
- Большинство людей употребляют висмут в своей жизни. Активным ингредиентом пепто-висмола является субсалицилат висмута.
Самый твердый металл
Самым твердым и при этом легким металлом на нашей планете считается титан. Благодаря своим свойствам, он активно используется в авиации и кораблестроении — материал отлично подходит для изготовления корпусов самолетов и кораблей. К тому же, благодаря прочности и легкости, из титана изготавливают бронежилеты. Этот металл безопасен для человеческого организма, поэтому часто применяется в медицине для изготовления инструментов и даже протезов — искусственных частей тела.
Благодаря выдающимся свойствам, словом «титан» называют видеокарты и прочую электронику, чтобы подчеркнуть их мощность
При нагревании, титан начинает поглощать кислород, хлор, азот и другие газы. Благодаря этому удивительному свойству, металл используется в различных фильтрах — пропуская различные газы через нагретые до 600 градусов Цельсия титановые трубки, можно очистить их от примесей. Таким же образом можно очистить воду от кислорода, что особенно полезно в пищевой промышленности. Считается, что содержащийся в воде кислород ухудшает качество некоторых продуктов — как минимум, он может сократить срок годности пива.
Сферы применения
Сферы применения:
- скоростная авиация;
- судостроение, самолетостроение;
- производство электроники;
- ядерная промышленность;
- атомная энергетика;
- машиностроение;
- химическая промышленность, нефтепереработка;
- ракетостроение, оборонная промышленность.
Из редких металлов изготавливаются сверхпроводники, магниты большой мощности, фотоэлементы, фотоумножители, люминесцентные лампы, кинескопы, катодно-лучевые трубки, химические источники тока, солнечные батареи, электроды, электрические конденсаторы, электровакуумные приборы и т. д.
Люминисцентная лампа (Фото: Instagram / legendlamp)
Самый радиоактивный металл
Единственным металлом, который может использоваться в качестве топлива в ядерных реакторах, является уран. Многие люди считают его очень опасным из-за высокой радиоактивности. Однако, природный уран безопасен для здоровья человека, а опасность представляет его разновидность под названием U-235 — именно она используется в ядерных реакторах.
Уран-235 использовался при ядерной бомбардировке Хиросимы, в бомбе «Малыш»
Когда-то давно из природного урана даже изготавливали посуду. Например, осколки желтого стекла с содержанием урана были найдены на территории итальянского города Неаполь — по расчетам ученых, стекло было изготовлено в 79 году нашей эры. Он был безопасен для людей и никаких намеков на радиацию вроде свечения не наблюдалось.
Обязательно к прочтению: Что такое Токамак? Просто о термоядерном реакторе
Природного урана U-235, пригодного для использования в ядерных реакторах, сегодня в природе очень мало — на протяжении долгих лет он просто улетучился. Зато, миллиарды лет назад его было очень много, и ядерные реакции могли запускаться прямо на природе,без участия человека. Так, на территории африканской страны Габон, около 1,8 миллиарда лет назад происходила естественная реакция деления ядер урана. Уран горел на протяжении сотен лет, но в итоге реакция прекратилась из-за истощения запасов металла.
Где и как добываются
Источник редкостного материала – природные руды:
- Почти всегда это конгломерат компонентов.
- Доля металлов исчисляется тысячными либо меньше долями процента.
- Стандартный способ добычи – закрытый (шахтный), реже – открытый карьерный.
Главный поставщик сырья на мировой рынок – Китай. Он диктует расклад, номенклатуру, цены. Главный потребитель – США.
Российский источник редкого сырья номер один – Кольский полуостров. На его руды, содержащие титан, приходится 40% разведанных запасов страны.
Стержень, состоящий из титановых кристаллов высокой чистоты
Самый тяжелый металл
Самым тяжелым металлом из всей таблицы Менделеева считается осмий. Его удивительным свойством является то, что будучи самым тяжелым, на воздухе он становится летучим, ядовитым веществом. Название «осмий» с древнегреческого языка можно перевести как «запах». Такое наименование металлу было дано неспроста — в 1803 году английский химик Смитсон Теннант (Smithson Tennant) на собственном опыте ощутил, что металл пахнет хлором и неприятен настолько, что раздражает горло.
Осмий, кстати, очень красив
Благодаря своей твердости, осмий часто используется в механизмах, а именно в местах, где происходит сильное трение. Также он используется в изготовлении нитей для ламп накаливания. Ядовитые свойства возникают только на открытом воздухе — металл превращается в токсичное вещество тетраоксид осмия, которое вызывает раздражение глаз, поражение верхних дыхательных путей и даже воспаление почек.
Рутений
«Русский» металл, отделен из платиновых руд в 1844 году ученым К.Клаусом, преподавателем Казанского университета. Отсюда и название. Наибольшую ценность представляет в составе сплавов, поскольку сам металл обладает высокой тугоплавкостью и износостойкостью. Температура плавления достигает 2334°С.
Используется для изготовления электроконтактов, измерительных приборов, печатных схем, в ювелирном деле и химической промышленности. Некоторые изотопы рутения используют для облучения онкобольных. Стоимость 1 грамма рутения – в пределах 2 USD.
Самый стойкий металл
Самым стойким металлом считается иридий — его невозможно растворить ни в одной кислоте. Из-за стойкости, этот металл используется в Международном бюро мер и весов — из него создан эталон килограмма. Этот цилиндр из иридия необходим для того, чтобы у всех стран было единое представление о том, сколько именно должен весить килограмм. Это важно, потому что любое отклонение может стать причиной неисправности в самолётах и кораблях и, впоследствии, серьезной катастрофы.
Иридий — показатель того, сколько должен весить килограмм
Также иридий используется при изготовлении денег. Например, в африканской стране Руанде была выпущена иридиевая монета номиналом 10 руандийских франков. Можно сказать, что это самая устойчивая к химическому воздействию монета. Повредить ее можно разве что кину в сосуд со фтором — сильнейшим окислителем. Но разрушительная реакция начнется только при нагревании до 450 градусов Цельсия.
№3 – Родий
Основными свойствами этого благородного металла являются мощнейшая способность к отражению света и стойкость к воздействию окружающей среды, потому родий добавляется в самые разнообразные ювелирные сплавы. Автомобильная промышленность так же активно пользуется его полезными качествами. В Руанде монеты из родия выступают в количестве платежного средства, а цена этого чуда доходит до двухсот долларов за грамм, что делает его самым дорогим природным металлом.
Самый дорогой металл
Многие люди инвестируют в металлы и одним из самых дорогих сегодня является золото. По курсу за июнь 2022 года, грамм золота стоит около 4000 рублей, тогда как цена той же массы платины еле достигает 2000 рублей. Чуть выше мы уже выяснили, что добывать золото из ртути — это очень дорогой процесс. Поэтому, получением золота занимаются работники аффинажных заводов — грубо говоря, они извлекают золота из смесей других металлов.
Золото уже тысячелетиями сводит людей с ума
Так как персонал работает с очень дорогим металлом, в заводах действует строгий контроль. Если у человека, например, есть золотой зуб — охрана всегда проверяет, находится ли он на месте. А то вдруг человек избавится от золотого зуба и решит пронести кусочек драгоценного металла, поместив его в освободившемся пространстве между зубами? В некоторых аффинажных заводах работники проходят внутрь голыми и облачаются в рабочую одежду внутри.
13-место: Индий
Ценный серебристо-белый металл из группы легких металлов, обладающий сильным блеском. Был открыт в 1863 году в Германии в химической лаборатории ученых Фердинанда Рейха и Теодора Рихтера, которые изучали добытые в горах Саксонии цинковые минералы. Он мягкий, легкоплавкий и ковкий, его без труда можно порезать обычным ножом. Самостоятельных месторождений индий не образует и входит в состав руд цинка, свинца, меди и олова. Ежегодно производится несколько сотен тонн данного металла. Благодаря своим уникальным свойствам он нашел широкое применение в микроэлектронике, полупроводниковой технике, машиностроении. Его используют для изготовления зеркал, фотоэлементов, зубных цементов, в качестве уплотнителя и даже в космических технологиях. Цена 1 грамма металла индия равняется 0,5-0,7 долларам.
Самый редкий металл
Франций — самый редкий металл. По расчетам ученых, в земной коре его концентрация равна всего лишь 340 граммам. Получить больше урана можно искусственным путем, но для этого необходимо запускать ядерные реакции.
Франций очень редкий и мало где используется
Франций очень радиоактивен, поэтому на данный момент он практически нигде не используется. Однако, иногда ученые все же используют разновидности франция в ходе научных исследований. Также предпринимались попытки диагностики рака с использованием технологий, где франций тоже был задействован.
Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!
История открытия
Редкие металлы — относительно новый термин, к которому относятся малоизученные химические элементы. Впервые такое обозначение появилось в 20-х годах прошлого столетия. За рубежом первым термином появился Less Common Metals. Если переводить его дословно — менее обычные металлы.
Резкий скачок добычи, производства редких металлических элементов был зафиксирован после окончания Второй Мировой Войны. Тогда нужно было восстанавливать основные сферы промышленности. Новые химические элементы позволяли создавать инновационные материалы, развивать новые технологии в ускоренном режиме.
Добыча металлов (Фото: Instagram / metinvest)
Самый легкий металл
Звание самого легкого металла, по праву достается литию. Он окрашен в серебристо-белый цвет и настолько мягок, что легко режется ножом. Так как он является самым легким металлом в таблице Менделеева, при попадании в воду он всплывает на поверхность.
А вот и он — литий
Для многих это может стать открытием, но устройство с литием вы прямо сейчас можете держать в руке — это ваш смартфон. В мобильных устройствах используются литиевые аккумуляторы, которые компактны, но обеспечивают работу устройств от одного заряда только на протяжении нескольких дней. Ученые пытаются улучшить показатели литий-ионных батарей, но пока это им никак не удается.
Возможно, в будущем вместо литий-ионных батарей будут использоваться совершенно другие аккумуляторы. Какие? Читайте в этом материале.
Скандий / Sc (~ 3-4 USD за 1 грамм)
Продолжает наш топ самый дорогой редкоземельный металл — скандий. Он получил свое название в честь полуострова Скандинавия, где был открыт шведским ученым Ларсом Нильсоном в 1879 году. Скандий — это легкий металл серебристого цвета с небольшим желтым оттенком. Температура плавления этого химического элемента 1541 градус по Цельсию. Его получают в результате переработки многих руд. Скандий широко применяется в различных сферах деятельности человека: медицина (создание самых передовых зубных протезов), электроника (производство супер-ЭВМ), ядерная энергетика, создание солнечных батарей, металлургия (изготовление сверхпрочных сплавов) и многое другое.
Самые больший запасы минералов наиболее богатых скандием находятся в Норвегии и Мадагаскаре. Однако самыми крупными производителями этого металла являются Россия и Китай.
Самый дорогой промышленный металл
Напоследок стоит упомянуть про калифорний — металл, которого в чистом виде в природе не найти. Его производят в ядерных реакторах России и США, причем в очень малых количествах. По сообщениям ученых, за один год им удается создать только 40-80 микрограмм этого необычного металла. Из-за сложности добычи и редкости, грамм этого металла стоит до 27 миллионов долларов.
Калифорний — радиоактивный красавец
Этот металл очень радиоактивен, поэтому никаких поделок из него не сделаешь. Зато он нужен ученым во время проведения серьезных испытаний. Хотя, в теории, его можно использовать при создании атомной бомбы. Но вышеупомянутый уран стоит гораздо дешевле, поэтому все используют именно его.
В периодической таблице Менделеева еще много интересных элементов, но эти — по моему мнению, самые интересные металлы. Примечательно, что ученые до сих пор занимаются разработкой металлов с интересными свойствами. В 2022 году мой коллега Владимир Кузнецов рассказал о материале, который не тонет в воде — рекомендую почитать!
Платина
Платину открыли на колумбийских рудниках в XVI веке испанские конкистадоры. Неведомый металл, напоминавший серебро, поначалу считали абсолютно бесполезным и презрительно называли «серебришко».
Его часто использовали для подделки золотых и серебряных изделий. Со временем платина завоевала популярность.
Это один из редчайших элементов, встречающийся в сплаве с другими металлами. Ежегодно в мире добывается около 150 т платины. Процесс синтеза трудоемок и затратен, что и определяет уровень цен.
Тугоплавкая и огнеупорная платина обладает высокой плотностью и отличной износостойкостью. Она имеет низкую теплопроводность и не деформируется. Почти не поддается воздействию никаких кислот. Пластичная, натурально белая и блестящая.
Применяется в автопромышленности, радиотехнике, производстве компьютеров, космической индустрии, медицине, в оружейном и ювелирном делах.
Месторождениями этого металла славятся Россия, США, Китай, Южная Африка, Зимбабве. Стоимость: 33 $ за 1 г.
12-е место: Серебро
Известный с давних времен и один из популярнейших драгоценных металлов, встречающийся как в самородном состоянии, так и в виде соединений. Используется для покрытия зеркал, изготовления ювелирных украшений и монет. Он активно применяется в электронике, стоматологии, фотографии, обладает отличной электро- и теплопроводностью. Крупнейшие запасы данного металла сосредоточены в Польше, Китае, Мексике, Чили, Австралии, США и Канаде. Стоимость грамма серебра составляет 0,55-1 у.е.
