Opori-osveshenia.ru

Опоры освещения
8 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Самые легкие металлы в мире

Самые легкие металлы в мире

Хотя человек на примере отдельных столовых приборов неоднократно убеждался, что металлические предметы способны оказаться вовсе и не тяжелыми, все-таки металл представляется последнему в первую очередь как нечто, с трудом поддающееся разрушению под воздействием внешних сил, а оттого и по весу впечатляющее.

Однако в этой статье речь пойдет о самых легких металлах в мире: какими свойствами обладают, для чего используются и чем представляют интерес — об этом расскажет редакция 24СМИ.

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: http://mining-prom.ru/)

Титан, фото http://mining-prom.ru/

Получивший название в честь титанов из древнегреческой мифологии металл входит в десятку самых распространенных в природе элементов, месторождения которого открыты на всех континентах, исключая Антарктиду. Причем Россия занимает по концентрации руд с содержанием рассматриваемого элемента второе место в мире после КНР.

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.

Алюминий (Al)

Алюминий относится к наиболее распространенным цветным металлам. Открытый в 1825 году и до освоения технологии промышленного изготовления стоивший дороже золота, элемент с атомным номером 13 и массой в 26,982 а. е. м. имеет плотность 2,7 г/см^3 и отличается наличием парамагнитных свойств, правда, слабых.

Хорошо проводит тепло и электричество, не поддается коррозионному воздействию, зато подвержен механическому, в том числе легко подвергается сгибанию. Сплавы на основе этого легкого металла характеризуются пластичностью, удовлетворительной прочностью и не поддаются коррозии, а также хорошо свариваются.

Алюминий

Алюминий, фото: https://ru.wikipedia.org/

По распространенности в мире алюминий стоит на первом месте среди металлов и на третьем среди химэлементов периодической таблицы, уступая только кислороду и кремнию. Добыча его ведется более чем в 15 странах, лидеры среди которых — Китай, Россия и Канада. Мировые запасы этого элемента в разы превышают текущую потребность в его применении.

Сфера использования алюминия и сплавов на основе этого материала обширна. Это и черная металлургия, и пиротехника, использовался даже для изготовления ювелирных украшений в тот период, когда представлял исключительную ценность из-за неотработанного техпроцесса. В Японии он применяется в таком качестве до сих пор, заменяя иногда серебро в украшениях.

О посуде и столовых приборах из этого гибкого металла знают все, а вот в качестве конструкционных материалов используют преимущественно алюминиевые сплавы, обладающие требуемыми характеристиками в плане прочности. Также алюминий добавляют в «автоматные стали» для облегчения обработки — благодаря ему достигается четкое открепление от прута детали после завершения обработки.

Читайте так же:
Двухступенчатый цилиндрический зубчатый редуктор

Бериллий (Be)

В отличие от предыдущих, этот металл, расположенный в таблице химэлементов под номером 4, отличает сероватый цвет, а также повышенная токсичность. Характеризуется хрупкостью при сравнительной твердости, превосходящей показатели алюминия и магния. Плотность — 1,8 г/см^3. Атомная масса — 9 углеродных единиц.

Открытый в конце XVIII века, в чистом виде впервые был получен только спустя 30 лет, в 1828 году. Название свое унаследовал от минерала берилла, который, в свою очередь, наименованием обязан индийскому городу Белуру, прославившемуся месторождением изумрудов — драгоценных камней, представляющих собой разновидность упомянутой породы.

Бериллий

Бериллий, фото: https://ru.m.wikipedia.org/

Бериллий часто встречается в составе темноцветных минералов, а также в магматических породах. Месторождения, содержащие этот металл, расположены на территории Южной Америки и Африки. На евразийском континенте также ведется добыча, преимущественно в Индии, Казахстане и России, в границах которой находятся два месторождения — в Свердловской области и в Бурятии.

Металл применяют в легировании сплавов в качестве добавки, делающей получаемые материалы более твердыми, прочными и устойчивыми к коррозии. Слабое поглощение бериллием рентгеновского излучения позволяет применять его при создании детекторов гамма-лучей. Применяется и в ядерной энергетике в качестве замедлителя нейтронов. Бериллиевые сплавы используют в аэрокосмической технике и для изготовления лазерных излучателей.

Также металл хорошо проводит звуковые волны, благодаря чему применяется в конструкции акустических устройств, однако из-за высокой сложности обработки для исключения негативных качеств, включая токсичность, изготовленные на его основе компоненты отличаются повышенной стоимостью. Представляет опасность для человека — накапливаясь в организме, приводит к тяжелому поражению органов дыхания, а также характеризуется выраженным канцерогенным воздействием.

Магний (Mg)

Расположенный в таблице Менделеева под 12-м номером ковкий металл с атомной массой 24,307 а. е. м. и плотностью 1,7 г/см^3 впервые был получен в чистом виде в 1808 году. Пластичен и легко поддается прессованию и резанию.

Характеризуется высокой температурой плавления (650 °C) и коррозионной стойкостью. При создании на основе магния сплавов механические характеристики металла существенно повышаются, что сильно расширяет область применения такого рода материалов.

Магний

Магний, фото: https://infonew.do.am/

Элемент входит в список наиболее распространенных на Земле и встречается как в коре, так и в морской воде, как правило, в составе солей и минералов. Природные месторождения самородного магния чрезвычайно редки — пара таких расположены на территории России, в Восточной Сибири, и Таджикистана. Лидером по производству магния на 2020-й считаются США.

Главным образом применяется для получения всевозможных сплавов, как легких, так и сверхлегких, сфера использования которых — это самолето- и автомобилестроение. Также благодаря горючим свойствам применяется в пиротехнике и при создании зажигательных и осветительных ракет в оборонной промышленности.

Без магниевого порошка с добавками окислителей прежде невозможной была бы фотография — хотя в сравнении с прошлым магниевые вспышки используются намного реже, спрос на них по-прежнему сохраняется. Также магний относится к веществам, важным для нормальной жизнедеятельности организма и протекания обменных процессов, так что препараты на его основе применяются в медицине — в кардиологии, неврологии и при борьбе с гастроэнтерологическими расстройствами.

Читайте так же:
Кто создал первую лампу накаливания

Литий (Li)

Вот и дошло дело до элемента, который является самым легким в мире металлом. Плотность лития, расположенного в периодической таблице на месте под цифрой 3, равна всего 0,5 г/см^3, что меньше этого показателя у воды, так что чистый литий не тонет. Атомная масса элемента колеблется от 6,398 до 6,997 а. е. м. в зависимости от изотопа. Открыт в 1817-м, а в металлическом виде получен спустя всего год.

Характеризуется повышенной химической активностью и потому в природе легко образует сложносоставные соединения. Пластичен, хорошо обрабатывается прокаткой и прессом. Цвет — серебристый. При комнатной температуре с кислородом реагирует слабо. Воспламенение происходит при 300 °C.

Литий

Литий, фото: https://ru.m.wikipedia.org/

В природе встречается в породообразующих минералах и в отложениях озер с сильным содержанием солей. Среди разрабатываемых месторождений наиболее известны чилийские, австралийские и аргентинские, хотя встречаются таковые и на территории других стран, в том числе Китая. В России главное скопление пород с содержанием лития — в Мурманской области. В стране с 2017 года работает в формате эксперимента установка по добыче металла из руд с низким содержанием элемента, благодаря которой процедура возможна при незначительных финансовых и трудовых затратах.

Соли лития используются при создании лазерного оборудования и оптики, в качестве окислителей и восстановителей в химпроме, а также в медицине и различных отраслях промышленности, включая текстильную (как отбеливатели), пищевую (как консерванты) и косметическую. Литиевые сплавы применяются для изготовления высокоэффективных проводников, в том числе анодов, необходимых для электролиза.

Элемент применяется также при создании аккумуляторов, в том числе и щелочных, а не только твердотельных. В малых количествах литий потребен человеческому организму, поскольку участвует в обмене веществ, а также влияет на психоэмоциональную возбудимость и иммунную защиту.

Какой металл самый легкий?

В сознании многих людей металлы ассоциируются с чем-то тяжелым и твердым. Но в то же время есть металлические элементы, которые легче воды и не тонут в ней, а плавают на поверхности. Это происходит из-за больших размеров атомов и как следствие малой плотности. Так какой же металл самый легкий? Достаточно взглянуть на периодическую систему Менделеева, чтобы понять, что это литий. Он почти вдвое легче воды.

Основные свойства лития

Плотность лития составляет всего 0,543 грамма на сантиметр кубический. Металл входит в щелочную группу, которая характеризуется очень высокой химической активностью. Поэтому в природе литий образует сложные многоэлементные соединения, входящие в состав горных пород. При этом литий является самым неактивным щелочным металлом, так что достаточно устойчиво проявляет себя после выделение в чистом виде. Физические свойства самого легкого металла на Земле выглядят следующим образом: в нормальных условиях серебристо-белый металл, мягкий (можно резать ножом), ковкий и пластичный. Температура плавления — 181 градус по Цельсию. Атомная масса — 6,941 грамм на моль.

Читайте так же:
Держатель метчика 7 букв

Самый легкий металл

Химические свойства характерны для металлов щелочной группы. Но литий, в отличие от остальных щелочных элементов при комнатной температуре медленно реагирует с кислородом и другими веществами. Зато при нагревании вступает в реакцию с газами, кислотами и основаниями. При нагревании до 300 градусов по Цельсию литий самовоспламеняется и горит красно-синим пламенем. В отличие от остальных элементов щелочной группы покрывается устойчивой оксидной пленкой и перестает реагировать с кислородом.

Литий

Литий не хранят в керосине, так как из-за малой плотности он плавает на поверхности. Для его длительного хранения используют петролейный эфир, парафин, газолин или минеральное масло. В качестве емкости применяют жестяные банки с герметично закрывающимися крышками. Литий является токсичным веществом и при попадании на открытые участки кожи вызывает зуд, раздражение и ожоги, поэтому при работе с ним необходимо использовать специальную защитную одежду. Пары лития обжигают верхние дыхательные пути, так что нужно позаботиться и о защите органов дыхания.

Технология производства лития

Производство самого легкого металла в мире сводится к разложению его природных соединений. Это достаточно трудоемкая процедура ввиду большого количества составных элементов. Содержание лития в добываемом сырье в среднем составляет 21 грамм на одну тонну. В промышленном производстве используют три метода разложения соединений лития: известковый, сульфатный и сернокислотный. Первые два подразумевают спекание руды с оксидом/карбонатом кальция или сульфатом калия.

Производство лития

Протекает процедура при температуре 250-300 градусов. Затем полученную массу обрабатывают водой, получая карбонат или сульфат лития. После этого проводится процедура хлорирования с целью получения хлорида лития. И, наконец, окончательную процедуру разделения проводят при помощи электролиза расплава в присутствии хлорида калия или бария, которые понижают температуру плавления литиевого хлорида. Чистый металл оседает на катоде, откуда его можно собирать для дальнейшей переработки.

Сернокислотный способ подразумевает растворение руды в серной кислоте с образованием сульфата лития. Дальнейшая процедура протекает по указанной выше схеме. Самый легкий металл применяется для производства эффективных полупроводников в сплавах с другими металлами, из него изготавливают аноды, используемые затем в процедурах электролиза, литий входит в состав ракетного топлива, в металлургии применяется в качестве сильного восстановителя менее активных металлов. В качестве различных соединений литий используется в производстве продукции для многих отраслей промышленности и народного хозяйства.

Алюминий

Если же брать самый крепкий и легкий металл, то им принято считать алюминий. Его плотность составляет 2,7 грамм на сантиметр кубический. Этот металл достаточно распространен в природе и получил широкое применение в промышленности. Многие сплавы алюминия прочнее стали и при этом гораздо легче нее. Уже сейчас использование алюминиевых конструкций в строительной сфере вышло на новый уровень.

Алюминий

К тому же этот элемент гораздо более стойко переносит воздействие коррозии и не требует для этого дополнительной закалки. Алюминий входит в состав авиационных сплавов, из которых изготавливают обшивку самолетов. Некоторые ученые предполагают, что в будущем его сплавы смогут полностью вытеснить сталь.

Читайте так же:
Что означает красный цвет на схеме

К тому же не прекращаются опыты по выделению новых элементов, сочетающих в себе положительные черты существующих веществ, но лишенные их природных недостатков. Так что возможно вскоре будет открыт новый самый легкий и прочный металл, который заявит о себе во всеуслышание.

ЛЕГКИЕ СПЛАВЫ

легкие сплавы — [light alloys] конструкционные сплавы на основе легких металлов: Mg, Be, Al, Ti, собственная плотность которых соответствует составляет 1,74, 1,84, 2,7 и 4,5 г/см3. Наиболее широко в авиакосмической промышленности применяются Al и Ti легкие… … Энциклопедический словарь по металлургии

Легкие сплавы — конструкционные сплавы, обладающие малой плотностью (сплавы на основе Al, Mg. Ti, Be) и более высокой удельной прочностью (отношение показателей прочности к плотности материала), чем, например, конструкционные материалы на основе Fe, Ni или Со … Энциклопедический словарь по металлургии

ЛЕГКИЕ СПЛАВЫ — конструкционные сплавы, обладающие малой плотностью (сплавы на основе Al, Mg, Ti, Be) и более высокой удельной прочностью (отношение показателей прочности к плотности материала), чем, например, конструкционные материалы на основе Fe, Ni или Со … Металлургический словарь

сплавы редкоземельных металлов — [rare earth metal alloys] сплавы, содержащие один или несколько РЗМ, которые являются одними из компонентов, но не обязательно основными В металлургии для легирования и рафинирования сплавов широко применяется «миш металл» (45 50 % Се, 22 25 % La … Энциклопедический словарь по металлургии

сплавы щелочных металлов — [alkali metal alloys] сплавы на основе Na, К, Li, Cs или содержащие их в значительном количестве; применяются в современной технике как материалы с особыми химическими или физическими свойствами. Например, сплавы, содержащие Li, используют в… … Энциклопедический словарь по металлургии

сплавы щелочноземельных металлов — [alkali earth metal alloys] сплавы на основе Са, Sr, Ba или содержащие их в значительном количестве; применяются в основном как материалы с высокой химической активностью, например, сплавы АL с 50 60 % Ва используют в качестве геттеров в… … Энциклопедический словарь по металлургии

сплавы с заданными упругими свойствами — [alloys with preset elastic properties] сплавы, обладающие высоким сопротивлением малым пластическим деформациям и релаксационной стойкостью в условиях статического и циклического нагружения; применяются в качестве пружин и пружинных элементов,… … Энциклопедический словарь по металлургии

сплавы с заданным ТКЛР — [alloys with preset thermal expansion] ферромагнитные и немагнитные сплавы преимущественно на основе Fe и Ni, основные свойства которых заданная величина ТКЛР. Эти сплавы подразделяют на три группы: 1 я сплавы с низким ( Энциклопедический словарь по металлургии

сплавы для аккумуляторных батарей — [alloys for battery cells] сплавы, используемые в электрических аккумуляторах. Обычно это сплавы на основе Pb, применяемые для решеток Pb аккумуляторов и обладающие повышенной прочностью, коррозионной стойкостью, в кислотной среде электролита и… … Энциклопедический словарь по металлургии

сплавы с эффектом памяти формы (ЭПФ) — [shape memory alloys] новый класс металлических материалов, эксплуатационные свойства которых определяются способностью восстанавливать свою додеформационную форму в результате нагрева выше температуры обратного мартенситного превращения (Смотри… … Энциклопедический словарь по металлургии

Читайте так же:
Домкраты механические винтовые автомобильные

Легкие металлы

Понятия «легкие металлы» на данный момент нет в номенклатуре ИЮПАК. Легкими металлами называют металлы с небольшой плотностью.

Наиболее важными легкими металлами являются: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Также, к этой группе обычно относят: галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Самый легкий металл

литий

Известно, что самый легкий металл — литий, который активно используется в сплавах.

Литий нашел свое применение в:

  • производстве анодов химических для источника тока;
  • в оптических работах и экспериментах;
  • в работе с высокоэффективными лазерами.

Например, гидроксид лития используется в изготовлении электролита щелочных аккумуляторов. В производстве керамики также используется силикат и алюминат лития — в качестве основы. Такая керамика застывает уже при комнатной температуре.

Это свойство лития используют:

  • в металлургии;
  • в военном производстве (при разработке сложной техники);
  • в термоядерной энергетике.

В промышленности литию также находится активное применение, поскольку некоторые соединения этого металла способствуют отбеливанию тканей.

Интересно, что сфера использования лития распространилась на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используют для стабилизации эмоционального состояния пациентов.

Легкие цветные металлы

легкие цветные металлы

Наиболее распространенные легкие цветные металлы: алюминий и магний.

Алюминий считается активным металлом. В промышленности он ценится в работе с конструкционными материалами, поскольку наделен высокими показателями пластичности и податливостью к обработке.

Среди свойств алюминия основными являются:

  • способность проводить как тепло, так и электричество (показатель электропроводности достигает 65 процентов);
  • устойчивость к коррозии в атмосферных проявлениях;
  • высокая плотность сплавов;
  • относительно малая плотность;
  • высокая пластичность.

Окисная пленка буквально впечатывается в поверхность алюминия и, тем самым, предохраняет его от агрессивного воздействия среды или от нежелательных соединений.

Что касается магния, то этот металл наделен, наоборот, весьма низкой пластичностью. Это сказывается на неудовлетворительной свариваемости. При этом магний легко поддается резанию, хотя механические свойства этого металла имеют низкий показатель. Как следствие — использование магния как конструкционного материала бывает затрудненным.

Магний обладает:

  • высокой температурой плавления;
  • коррозионной стойкостью;
  • способностью образовывать гидроокись при взаимодействии с влагой;
  • способностью образовывать сплавы (при этом механические показатели магния усиливаются, что существенно расширяет сферу его использования).

Кроме того, магний способен образовывать окислы и нитриды при взаимодействии с некоторыми газами в атмосфере.

К ним относятся:

  • СО и СО2;
  • парообразное состояние воды;
  • водород;
  • азот.

Если деталь из магния готовится к сварке, то ее, прежде всего, очищают от этих и других соединений и прочих защитных пленок.

Легкие и тяжелые металлы

В цветной металлургии используются как легкие, так и тяжелые металлы. Их разделяют по практическому назначению и свойствам.

Группа тяжелых металлов определяется наличием в ней:

  • меди;
  • свинца;
  • цинка;
  • никеля.

Легкие металлы требуют огромное количество энергии для формирования. Следовательно, предприятия, специализирующиеся на получении легких металлов, сосредоточены в непосредственной близости к источникам дешевой энергии.

Производство же тяжелых цветных металлов должно быть привязано к источнику сырья, как, например, ГМК «Норильский Никель» расположен в непосредственной близости к никелевым месторождениям.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector