Люди начали использовать металлы примерно семь тысячелетий назад. Плавильных печей тогда не было. Наши предки просто находили куски металла в природе и обрабатывали их молотками. Ученые установили, что сначала использовали медь, так как ее можно было легко заметить. Кроме того, она встречалась в чистом виде, что облегчало процесс обработки. Позже люди научились выделять металлы из руды и делать различные сплавы. Сейчас их широко используют во всех сферах человеческой жизни. Предлагаем краткий обзор самых прочных металлов на нашей планете.
Вольфрам
Его название произошло от слова «вольфрамит». Так в XVI веке называли минерал, который сопровождал олово. Он мешал выплавлять его, превращая в пену шлаков. Люди говорили, что он съедал олово, как волк овец. Вольфрам был идентифицирован в качестве нового элемента только в 1781 году. Выделять его в группу металлов начали в 1783 году.
Вольфрам не только очень прочный, но и тугоплавкий. Температура его плавления составляет 3422 °C. Он также имеет самую высокую температуру кипения. Этот показатель составляет 5930 °C. Поражает и его плотность. Она в 19, 3 раза выше плотности воды.
Вольфрам – это самый тяжелый металл. В определенных количествах он необходим для живых организмов. Есть предположение, что он играл важную роль на первых этапах возникновения жизни. Ученые обнаружили его в ферментах некоторых архебактерий, что подтверждает научную гипотезу.
Вольфрам широко используется в промышленности. Из него делают нити накаливания для осветительных приборов. Он применяется в некоторых устройствах для защиты от ионизированного излучения, а также в высокотемпературных печах сопротивления в качестве нагревательного элемента. В военной промышленности и в медицине используются сплавы вольфрама.
Сталь
В природе этого металла не существует. Его получают путем сплава железа с углеродом (до 2 %). Также в сталь добавляют марганец, фосфор, серу, кремний, кислород. От количества этих ингредиентов зависит марка и конструкционные особенности изделия. Стали бывают таких видов:
- Высокоуглеродистые (пружинные, инструментальные, штамповые).
- Конструкционные. Используются для изготовления различных деталей и механизмов в машиностроении и строительстве.
- Легированные. В них содержатся не только основные добавки, но и дополнительные (никель, ванадий, вольфрам, медь, титан и другие). От вводимых элементов зависят свойства получаемого металла.
- Нержавеющие (содержат до 20 % хрома).
- Высокопрочные. Предел прочности в них от 1800 до 2000 МПа. Это примерно в три раза выше, чем в обычных сталях.
Стали различных марок используются во всех сферах человеческой деятельности, так как они имеют высокую прочность на растяжение и сравнительно низкую стоимость. Еще одно их полезное свойство заключается в том, что их можно повторно перерабатывать. При этом их основные характеристики сохраняются.
Хром
Это блестящий металл серебристо-серого цвета. О нем впервые упоминал М.В. Ломоносов. Хром славится тем, что на воздухе он не тускнеет. Этот металл чрезвычайно твердый (8,5 баллов из 10 по шкале Мооса). Также хром обладает устойчивостью к коррозии. Однако он хрупкий, поэтому в чистом виде его используют мало. Чаще всего его применяют в качестве ингредиента при производстве нержавеющих сталей. Хром и материалы, в которые он входит, можно полировать. Это качество используется при производстве декоративных элементов, посуды, фурнитуры.
Титан
Этот серебристо-белый металл назвали в честь титанов из древнегреческой мифологии. Он обладает высокой устойчивостью к коррозии в соленой воде, хлоре и царской водке. Открыли титан в 1790 году, но особого значения ему не придали из-за сложности очистки и повышенной химической активности. Производить его в промышленных масштабах начали только в 1948 году.
Титан обладает высокой прочностью при низкой плотности. Его температура плавления составляет 1670 °C, а температура кипения равна 3287 °C. При -80 °C титан становится очень хрупким.
Запасы этого элемента весьма велики, что позволяет использовать его довольно широко. Из титана делают арматуру, насосы, реакторы, трубопроводы. Его используют в медицине, так как он является биологически инертным. Применяют титан и в качестве легирующих добавок при производстве сплавов в ракетной и авиационной промышленности.
Железо
На железо приходится 95 % всех металлов, производимых в мире. Это самый распространенный элемент на нашей планете. Железо обладает высокой прочностью, но оно поддается коррозии при влажных условиях эксплуатации. Важная особенность железа заключается в том, что оно притягивается магнитами. Используют его при производстве стали. Интересны такие особенности железа:
- Горит в чистом кислороде.
- Это очень ковкий металл.
- В мелкодисперсном состоянии железо способно самовозгораться.
- В чистом виде (без примесей) обладает высокой пластичностью.
- Имеет 4 кристаллические модификации.
- Температура плавления составляет 1539 °C.
- Температура кипения равна 2862 °C.
Этот металл используют во всех сферах деятельности человека. Из него делают посуду и инструменты, машины и различные приспособления. Добывают железо во многих странах, но самые крупные месторождения находятся в России, Украине, Бразилии, Китае, Австралии.
Ванадий
Этот серебристо-серый металл обладает повышенной пластичностью. Свое название он получил в честь скандинавской богини любви и красоты Ванадис. Ванадий является одним из самых прочных металлов в мире. Его месторождения имеются в Австралии, Перу, Финляндии, США, Англии, Турции. Однако самых большие залежи находятся в России и в ЮАР.
Температура плавления ванадия оставляет 1920 °C, однако при нагревании свыше 300 °C он становится хрупким.
Используют этот металл в качестве добавки для производства сплавов. Также его применяют в медицине, электронике, атомно-водородной энергетике. Титановые сплавы с ванадием и алюминием используются для производства реактивных двигателей, коленчатых валов, зубчатых передач, высокоскоростных пневматических рам. В некоторых странах из ванадия делают коллекционные медали и жетоны.
Лютеций
Это самый дорогой редкоземельный металл на нашей планете. На мировом рынке 1 кг лютеция стоит от 3500 до 5500 долларов. Этот металл очень трудно выделить из смеси редкоземельных элементов. Этим обусловлена его высокая цена. Лютеций добывают в США, Китае, Индии, Бразилии, Австралии и Шри-Ланке. Обнаружили этот элемент в 1907 году в виде примеси к оксиду иттербия.
Лютеций – самый тяжелый металл среди лантаноидов, но обработке он поддается легко. Его используют в нефтеперерабатывающей и нефтяной промышленности, в ядерной физике, в космических исследованиях, в процессах полимеризации, гидрирования и алкилирования, а также для генерации лазерного излучения, для производства жаропрочной проводящей керамики.
Цирконий
Это переходной металл серебристо-серого цвета. Он существует в трех кристаллических модификациях. Цирконий обладает высокой устойчивостью к коррозии. Сплавы, в которые входит этот элемент, используются для производства труб, теплообменников, конструкций ядерных реакторов. Цирконий также применяется в цветных глазурях, абразивных материалах, лампах накаливания.
Этот металл обладает повышенной биологической инертностью, поэтому его используют в медицине. Пыль циркония способна воспламеняться на воздухе. Это качество дает возможность использовать ее в пиротехнических устройствах.
Осмий
Этот металл серебристого цвета относится к платиновой группе. Он обладает высокой удельной массой (очень плотный) и повышенной стойкостью к воздействию кислот и воды. Осмий не теряет своего блеска даже при очень высоких температурах. Механической обработке он поддается тяжело, поэтому используется чаще всего в сплавах, идущих на производство катализаторов. Раньше из осмия делали наконечники высококачественных перьевых ручек, иглы для компасов и граммофонов, подшипники для часов.
Сплавы осмия и платины применяются в медицине для производства протезов и имплантатов.
Тантал
Это один из самых прочных металлов на планете. Он отличается серебристым цветом и характерным блеском. Тантал практически не подвергается коррозии из-за наличия на его поверхности оксидной пленки. Это его свойство используют в химической промышленности для производства теплообменников в котлах с кислотными растворами. Также он широко применяется в авиационной промышленности, электронных устройствах.
Тантал является отличным геттером. При 800 °C он может поглотить до 740 объемов газа. Этот металл широко используется в хирургии. Из него делают материалы, которыми скрепляют ткани.
Тантал нашел применение в вычислительной технике, ядерных установках, военной промышленности.
Добывают его в Бразилии, Португалии, Канаде, Австралии, Конго, Таиланде.
