Загрузка...Металл с самым маленьким удельным весом
Удельный вес металла. Таблица плотности металлов и сплавов
Таблицы плотности металлов и сплавов
Все металлы обладают определенными физико-механическими свойствами, которые, собственно говоря, и определяют их удельный вес. Чтобы определить, насколько тот или иной сплав черной или нержавеющий стали подходит для производства рассчитывается удельный вес металлопроката. Все металлические изделия, имеющие одинаковый объем, но произведенные из различных металлов, к примеру, из железа, латуни или алюминия, имеют различную массу, которая находится в прямой зависимости от его объема. Иными словами, отношение объема сплава к его массе — удельная плотность (кг/м3), является постоянной величиной, которая будет характерной для данного вещества. Плотность сплава рассчитывается по специальной формуле и имеет прямое отношение к расчету удельного веса металла.
Удельным весом металла называется отношение веса однородного тела из этого вещества к объему металла, т.е. это плотность, в справочниках измеряется в кг/м3 или г/см3. Отсюда можно вычислить формулу как узнать вес металла. Чтобы это найти нужно умножить справочное значение плотности на объем.
В таблице даны плотности металлов цветных и черного железа. Таблица разделена на группы металлов и сплавов, где под каждым наименованием обозначена марка по ГОСТ и соответствующая ей плотность в г/см3 в зависимости от температуры плавления. Для определения физического значения удельной плотности в кг/м3 нужно табличную величину в г/см3 умножить на 1000. Например, так можно узнать какова плотность железа — 7850 кг/м3.
Наиболее типичным черным металлом является железо. Значение плотности — 7,85 г/см3 можно считать удельным весом черного металла на основе железа. К черным металлам в таблице относятся железо, марганец, титан, никель, хром, ваннадий, вольфрам, молибден, и черные сплавы на их основе, например, нержавеющие стали (плотность 7,7-8,0 г/см3), черные стали (плотность 7,85 г/см3) в основном используют производители металлоконструкций в Украине , чугун (плотность 7,0-7,3 г/см3). Остальные металлы считаются цветными, а также сплавы на их основе. К цветным металлам в таблице относятся следующие виды:
− легкие — магний, алюминий;
− благородные металлы (драгоценные) — платина, золото, серебро и полублагородная медь;
− легкоплавкие металлы – цинк, олово, свинец.
Удельный вес цветных металлов
Таблица. Удельный вес металлов, свойства, обозначения металлов, температура плавления
При прокате заготовок из цветных металлов необходимо еще точно знать их химический состав, поскольку от него зависят их физические свойства.
Например, если в алюминии присутствуют примеси (хотя бы и в пределах 1%) кремния или железа, то пластические характеристики у такого металла будут гораздо хуже.
Другое требование к горячему прокату цветных металлов – это предельно точная выдержка температуры металла. К примеру, цинк требует при прокатке температуры строго 180 градусов — если она будет чуть выше или чуть ниже, капризный металл резко утратит пластичность.
Медь более «лояльна» к температуре (ее можно прокатывать при 850 – 900 градусах), но зато требует, чтобы в плавильной печи непременно была окислительная (с повышенным содержанием кислорода) атмосфера — иначе она становится хрупкой.
Таблица удельного веса сплавов металлов
Удельный вес металлов определяют чаще всего в лабораторных условиях, но в чистом виде они весьма редко применяются в строительстве. Значительно чаще находится применение сплавам цветных металлов и сплавам черных металлов, которые по удельному весу подразделяют на легкие и тяжелые.
Легкие сплавы активно используются современной промышленностью, из-за их высокой прочности и хороших высокотемпературных механических свойств. Основными металлами подобных сплавов выступают титан, алюминий, магний и бериллий. Но сплавы, созданные на основе магния и алюминия, не могут использоваться в агрессивных средах и в условиях высокой температуры.
В основе тяжелых сплавов лежит медь, олово, цинк, свинец. Среди тяжелых сплавов во многих сферах промышленности применяют бронзу (сплав меди с алюминием, сплав меди с оловом, марганцем или железом) и латунь (сплав цинка и меди). Из этих марок сплавов производятся архитектурные детали и санитарно-техническая арматура.
Ниже в справочной таблице приведены основные качественные характеристики и удельный вес наиболее распространенных сплавов металлов. В перечне представлены данные по плотности основных сплавов металлов при температуре среды 20°C.
Список сплавов металлов
Плотность сплавов
(кг/м 3 )
Адмиралтейская латунь — Admiralty Brass (30% цинка, и 1% олова)
Алюминиевая бронза — Aluminum Bronze (3-10% алюминия)
Удельный вес
Среди множества параметров, характеризующих свойства материалов существует и такой как удельный вес. Иногда применяют термин плотность, но это не совсем верно. Но так или иначе эти оба термина имеют собственные определения и имеют хождение в математике, физике и множестве других наук, в том числе и материаловедении.
Определение удельного веса
Физическая величина, являющаяся отношением веса материала к занимаемому им объему, называется УВ материала.
Материаловедение ХХI века далеко ушло вперед в и уже освоены технологии, которые каких-то сто лет назад считались фантастикой. Эта наука может предложить современной промышленности сплавы, которые отличаются друг от друга качественными параметрами, но и физико-техническими свойствами.
Для определения того, как некий сплав может быть использован для производства целесообразно определить УВ. Все предметы, изготовленные с равным объемом, но для их производства был использованы разные виды металлов, будут иметь разную массу, она находится в четкой связи с объемом. То есть отношение объема к массе это есть некое постоянное число, характерная для этого сплава.
Для расчета плотности материала применяют специальную формулу, имеющую прямую связь с УВ материала.
Кстати, УВ чугуна, основного материала для создания стальных сплавов, можно определить весом 1 см 3 , отраженного в граммах. Тем больше УВ металла, тем тяжелее будет готовое изделие.
Формула удельного веса
Формулу расчета УВ выглядит как отношение веса к объему. Для подсчета УВ допустимо применять алгоритм расчета, который изложен в школьном курсе физики.
Для этого необходимо использовать закон Архимеда, точнее определение силы, которая является выталкивающей. То есть груз с некоей массой и при этом он держится на воде. Другими словами на него влияют две силы – гравитации и Архимеда.
Формула для расчета архимедовой силы выглядит следующим образом
F=g×V,
где g – это УВ жидкости. После подмены формула приобретает следующий вид F=y×V, отсюда получаем формулу УВ груза y=F/V.
Разница между весом и массой
В чем состоит разница между весом и массой. На самом деле в быту, она не играет ни какой роли. В самом деле, на кухне, мы не делаем развития между весом курицы и ее массой, но между тем между этими терминами существуют серьезные различия.
Эта разница хорошо видна при решении задач, связанных с перемещением тел в межзвездном пространстве и ни как имеющим отношения с нашей планете, и в этих условиях эти термины существенно различаются друг от друга.
Можно сказать следующее, термин вес имеет значение только в зоне действия силы тяжести, т.е. если некий объект находиться рядом с планетой, звездой и пр. Весом можно называть силу, с которой тело давит на препятствие между ним и источником притяжения. Эту силу измеряют в ньютонах. В качестве примера можно представить следующую картину — рядом с платным образованием находиться плита, с расположенным на ее поверхности неким предметом. Сила, с которой предмет давит на поверхность плиты и будет весом.
Масса тела напрямую связана с инерцией. Если детально рассматривать это понятие то можно сказать, что масса определяет размер гравитационного поля создаваемого телом. В действительности, это одна из ключевых характеристик мироздания. Ключевое различие между весом и массой заключается в следующем — масса не зависит от расстояния между объектом и источником гравитационной силы.
Для измерения массы применяют множество величин – килограмм, фунт и пр. Существует международная система СИ, в которой применяют привычные, нам килограммы, граммы и пр. Но кроме нее, в многих странах, например, Британских островах, существует собственная система мер и весов, где вес измеряют в фунтах.
Разница между удельным весом и плотностью
УВ – что это такое?
Удельный вес – это есть отношение веса материи к его объему. В международной системе измерений СИ его измеряют как ньютон на кубический метр. Для решения определенных задач в физике УВ определяют следующим образом – насколько обследуемое вещество тяжелее, чем вода при температуре 4 градусов при условии того, что вещество и вода имеют равные объемы.
По большей части такое определение применяют в геологических и биологических исследованиях. Иногда, УВ, рассчитываемый по такой методике, называют относительной плотностью.
В чем отличия
Как уже отмечалось, эти два термина часто путают, но так как, вес напрямую зависим от расстояния между объектом и гравитационным источником, а масса не зависит от этого, поэтому термины УВ и плотность различаются между собой.
Но необходимо принять во внимание то, что при некоторых условиях масса и вес могут совпадать. Измерить УВ в домашних условиях практически невозможно. Но даже на уровне школьной лаборатории такую операцию достаточно легко выполнить. Главное что бы лаборатория была оснащена весами с глубокими чашами.
Предмет необходимо взвесить при нормальных условиях. Полученное значение можно будет обозначить как Х1, после этого чашу с грузом помещают в воду. При этом в соответствии с законом Архимеда груз потеряет часть своего веса. При этом коромысло весов будет перекашиваться. Для достижения равновесия на другую чашу необходимо добавить груз. Его величину можно обозначить как Х2. В результате этих манипуляций будет получен УВ, который будет выражен как соотношение Х1 и Х2. Кроме вещества в твердом состоянии удельных можно измерить и для жидкостей, газов. При этом замеры можно выполнять в разных условиях, например, при повышенной температуре окружающей среды или пониженной температуры. Для получения искомых данных применяют такие приборы как пикнометр или ареометр.
Единицы измерения удельного веса
В мире применяют несколько систем мер и весов, в частности, в системе СИ УВ измеряют в отношении Н (Ньютон) к метру кубическому. В других системах, например, СГС у удельного веса используется такая единица измерения д(дин) к сантиметру кубическому.
Металлы с наибольшим и наименьшим удельным весом
Кроме того, что понятие удельного веса, применяемое в математике и физике, существуют и довольно интересные факты, например, об удельных весах металлов из таблицы Менделеева. если говорить о цветных металлах, то к самым «тяжелым» можно отнести золото и платину.
Эти материалы превышают по удельному весу, такие металлы как серебро, свинец и многие другие. К «легким» материалам относят магний с весом ниже чем у ванадия. Нельзя забывать и радиоактивных материалах, к примеру, вес урана составляет 19,05 грамм на кубический см. То есть, 1 кубический метр весит 19 тонн.
Удельный вес других материалов
Наш мир сложно представить без множества материалов, используемых в производстве и быту. Например, без железа и его соединений (стальных сплавов). УВ этих материалов колеблется в диапазоне одной – двух единиц и это не самые высокие результаты. Алюминий, к примеру, обладает низкой плотностью и малым удельным весом. Эти показатели позволили его использовать в авиационной и космической отраслях.
Удельный вес металлов
Медь и ее сплавы, обладают удельным весом сопоставимый со свинцом. А вот ее соединения – латунь, бронза легче других материалов, за счет того, в них использованы вещества с меньшим удельным весом.
Как рассчитать удельный вес металлов
Как определить УВ — этот вопрос часто встает у специалистов занятых в тяжелой промышленности. Эта процедура необходима для того, что бы определить именно те материалы, которые будет отличаться друг от друга улучшенными характеристиками.
Одна из ключевых особенностей металлических сплавов заключается в том, какой металл является основой сплава. То есть железо, магний или латунь, имеющие один объем будут иметь разную массу.
Плотность материала, которая рассчитывается на основании заданной формулы имеет прямое отношение к рассматриваемому вопросу. Как уже отмечено, УВ – это соотношение веса тела к его объему, надо помнить, что эта величина может быть определена как силу тяжести и объема определенного вещества.
Для металлов УВ и плотность определяют в той же пропорции. Допустимо использовать еще одну формулу, которая позволяет рассчитать УВ. Она выглядит следующим так УВ (плотность) равна отношению веса и массы с учетом g, постоянной величины. Можно сказать, что УВ металла может, носит название веса единицы объема. Дабы определить УВ необходимо массу сухого материала поделить на его объем. По факту, эта формула может быть использована для получения веса металла.
Кстати, понятие удельного веса широко применяют при создании металлических калькуляторов, применяемых для расчета параметров металлического проката разного типа и назначения.
УВ металлов измеряют в условиях квалифицированных лабораторий. В практическом виде этот термин редко применяют. Значительно чаще, применяют понятие легкие и тяжелые металлы, к легким относят металлы с малым удельным весом, соответственно к тяжелым относят металлы с большим удельным весом.
Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
Удельный вес металлов и сплавов
Для того чтобы продуктивно осуществлять работу с различными материалами, мастер должен быть осведомлён обо всех их физических свойствах и характеристиках, которые помогут определить нюансы процесса работы. Это очень важный аспект, касающийся любого рабочего процесса, связанного с обработкой материалов в различных отраслях.
Свойства практически всех известных человечеству материалов давно уже изучены и любые показатели могут быть узнаны пользователем, благодаря огромному количеству теоретических материалов, которые есть и в специальных книгах и справочниках, и на просторах сети интернет.
Металлы — это целая группа материалов, которые очень широко используются в различных производственных областях. Их обработка является не самым лёгким процессом, так как практически всегда требуется вмешательство физического или термического воздействия. Поэтому очень важно знать многие физические свойства таких материалов.
Удельный вес металлов является одной из очень важных характеристик, которые нужно знать при их обработке. В данной статье будут рассмотрены некоторые показатели удельного веса разных металлов, которые, возможно, впоследствии смогут пригодиться пользователю.
Определение удельного веса металла
Для начала следует определить, что же такое удельный вес. Так легче будет впоследствии разбираться во всех показателях, а также использовать полученные знания при обработке заготовок из, созданных из этого прочного материала.
Удельным весом называют отношение однородного тела из этого вещества к объёму данного материала. Из этого можно сразу выделить интересный момент, заключающийся в том, что по сути удельный вес металла является его плотностью.
Данная величина, то есть удельный вес металла, измеряется в кг/куб. м. Это единица измерения, чаще всего указываемая в различных технических справочниках. Иногда могут указываться и другие единицы измерения, но в отечественных источниках они встречаются гораздо реже.
Если же справочника, содержащего необходимые данные о том или ином металле, под рукой нет, то можно рассчитать удельный вес по известной формуле:
В данной формуле y обозначает удельный вес, который впоследствии придётся рассчитать, Р — это вес, а V — это объём. Использую эту формулу, можно уже при известных данных о весе и объёме выполнить расчёт.
Удельный вес различных металлов
После определения самого понятия удельного веса данного материала, можно перейти к некоторым показателям, которые уже впоследствии смогут оказать помощь в осуществлении работы с металлами.
Конечно же, ни для кого не секрет, что у каждого металла, а также каждого сплава, имеются свои, отличные от других, показатели данной величины. Для того чтобы не запутаться во всех имеющихся данных о различных сплавах и металлах, ниже будут отдельно рассматриваться металлы и сплавы.
Удельный вес металлов
Для начала следует рассмотреть металлы, не содержащие примесей и имеющие своё химическое обозначение в периодической таблице.
Металлы делятся на чёрные и цветные. Самым типичным чёрным «представителем» считается железо. Его удельный вес будет указан в таблице ниже. Также в таблице будут приведены показатели удельного веса таких чёрных металлов, как хром, молибден, вольфрам, марганец, никель, титан.
Остальные материалы, которые присутствуют в таблице, но не были названы в перечне металлов выше, являются цветными. Все цветные металлы, которые будут указаны ниже, могут быть разделены на три группы:
- лёгкие: алюминий, магний;
- благородные металлы, также называемые драгоценными: полублагородная медь, серебро, золото, платина;
- металлы легкоплавкие: олово, цинк, свинец.
| Наименование металла | Удельный вес, кг/куб.м |
| Алюминий | 2698 |
| Цинк | 7130 |
| Олово | 7290 |
| Свинец | 11337 |
| Вольфрам | 19300 |
| Молибден | 10220 |
| Железо | 7850 |
| Платина | 21450 |
| Золото | 19320 |
| Серебро | 1050 |
| Тантал | 16650 |
| Ванадий | 6110 |
| Никель | 8910 |
| Магний | 1740 |
| Медь | 8960 |
| Титан | 4505 |
| Хром | 7190 |
Удельный вес металлических сплавов
Конечно, удельный вес металлов — информация крайне полезная, и этого вполне бы хватило для чисто ознакомительного чтения данной статьи. Но следует помнить, что металлы в чистом виде довольно редко используются в строительстве и других областях. Обычно их заменяют различные сплавы, которые можно разделить на две группы: лёгкие и тяжёлые.
В силу своих выдающихся высокотемпературных механических свойств, серьёзных показателей прочности, сплавы давно уже прочно заняли своё место на различных производствах и различных промышленных областях. Чаще всего основой лёгких сплавов являются титан, бериллий, алюминий и магний. Но следует упомянуть тот факт, что сплавы, которые были созданы на основе двух последних металлических элементов, не могут быть использованы в рабочих условиях, где предусмотрены высокие температурные показатели.
Основой для тяжёлых сплавов служат следующие элементы: олово, свинец, цинк, медь. Чаще всего в промышленности используются такие тяжёлые сплавы, как латунь и бронза. Они довольно часто применяются на различных производствах, благодаря своим отменным механическим свойствам. Из данных сплавов изготавливают санитарно-техническую арматуру, а также детали, которые используются в архитектуре.
Ниже представлена таблица, содержащая данные об удельном весе некоторых сплавов:
| Металлические сплавы | Плотность сплавов, кг/куб.м |
| Алюминиевая бронза | 7700 — 8700 |
| Бронза бериллиевая | 8100 — 8250 |
| Латунь | 8470 |
| Бронзы обычные | 7400 — 8900 |
| Нержавеющая сталь | 7480 — 8000 |
| Углеродистая сталь | 7850 |
| Чугуны | 6800 — 7800 |
| Мельхиор | 8940 |
| Нейзильбер | 8400 — 8900 |
Все представленные в таблице выше сплавы являются одними из самых востребованных в самых различных промышленных областях и используются для изготовления самых разных предметов, использующихся людьми в быту.
Удельный вес: понятие, определение и применение
Сегодня рассмотрим удельный вес и его отличие от плотности. Здесь показан способ получения этой характеристики для твердых тел. В статье приводятся самый большой и маленький удельный вес среди благородных металлов, которые сравниваются с аналогичными величинами некоторых важных для современного мира веществ.
Разница между весом и массой
Для начала стоит обсудить разницу, которая в быту совершенно не важна. Но если вы решаете физические задачи про движение тел в пространстве, не связанном с поверхностью планеты Земля, то различия, которые мы приведем, весьма существенны. Итак, опишем, в чем разница между весом и массой.
Определение веса
Вес имеет смысл только в поле тяжести, то есть вблизи крупных объектов. Другими словами, если человек находится в зоне притяжения звезды, планеты, крупного спутника или приличных размеров астероида, то весом называется та сила, которую оказывает тело на препятствие между ним и источником гравитации в неподвижной системе отсчета. Эта величина измеряется в ньютонах. Представьте, что в космосе висит звезда, на каком-то расстоянии от неё находится каменная плита, а на плите лежит железный шарик. Вот с какой силой он давит на препятствие, таким и будет вес.
Как известно, гравитация зависит от расстояния и массы притягивающего объекта. То есть если шарик лежит далеко от тяжелой звезды или близко к небольшой и относительно легкой планете, то действовать на плиту он будет одинаково. А вот на разных расстояниях от источника гравитации сила сопротивления одного и того же объекта будет разной. Что это значит? Если человек передвигается в пределах одного города, то ничего. Но если речь идет об альпинисте или подводнике, то пусть он знает: глубоко под океаном, ближе к ядру, объекты имеют больший вес, чем на уровне моря, а высоко в горах – меньший. Однако в пределах нашей планеты (к слову сказать, не самой большой даже в Солнечной системе) разница не такая существенная. Она становится заметной при выходе в открытый космос, за пределы атмосферы.
Определение массы
Масса же тесно связана с инерцией. Если углубляться, то она определяет, какое гравитационное поле создает тело. Эта физическая величина является одной из самых фундаментальных характеристик. Зависит она только от вещества при не релятивистских (то есть близких к световой) скоростях. В отличие от веса, масса не зависит от расстояния до другого объекта, она определяет силу взаимодействия с ним.
Также значение массы объекта инвариантно к системе, в которой определяется. Измеряется в таких величинах, как килограмм, тонна, фунт (не путать с футом) и даже стоун (что по-английски значит «камень»). Все зависит от того, в какой стране человек живет.
Определение удельного веса
Теперь, когда читатель разобрался в этой важной разнице между двумя похожими понятиями и не путает их между собой, мы перейдем к тому, что такое удельный вес. Этим термином обозначается отношение веса вещества к его объему. В универсальной системе СИ обозначается как ньютон на метр кубический. Заметьте, в определении говорится о веществе, которое упоминается либо в чисто теоретическом (как правило, химическом) аспекте, либо применительно к однородным телам.
В некоторых задачах, решаемых в специфических областях физического знания, удельный вес считается как следующее соотношение: насколько исследуемое вещество тяжелее, чем вода четырех градусов Цельсия при равных объемах. Как правило, эта примерная и относительная величина используется в науках, связанных, скорее, с биологией или геологией. Этот вывод исходит из того, что указанная температура – средняя в океане по планете. По-другому удельный вес, определяемый вторым способом, может называться относительной плотностью.
Разница между удельным весом и плотностью
Соотношение, которым определяется эта величина, легко спутать с плотностью, так как это масса, деленная на объем. Однако вес, как мы уже выяснили, зависит от расстояния до источника гравитации и его массы, и эти понятия различны. При этом необходимо отметить, что в определенных условиях, а именно при невысокой (нерелятивистской) скорости, постоянном g и небольших ускорениях, могут численно совпасть плотность и удельный вес. Это означает, что рассчитывая две величины, можно получить для них одинаковое значение. При выполнении вышеназванных условий такое совпадение может привести к мысли, что эти два понятия являются одним и тем же. Это заблуждение опасно вследствие принципиальной разницы между заложенными в их фундамент свойствами.
Измерение удельного веса
Дома получить удельный вес металлов, да и других твердых веществ, сложно. Однако в простейшей лаборатории, оборудованной весами с глубокими чашами, скажем, в школе, это не составит труда. Металлический предмет взвешивается в нормальных условиях – то есть просто на воздухе. Это значение зарегистрируем как х1. Затем ту чашу, в которой лежит предмет, погружают в воду. При этом он теряет по всем известному закону Архимеда вес. Прибор теряет первоначальное положение, коромысло перекашивается. Для уравновешивания добавляется груз. Его величину обозначим х2.
Удельным весом тела будет соотношение х1 к х2. Помимо металлов, удельный вес измеряется для веществ в различных агрегатных состояниях, при неравном давлении, температуре, других характеристиках. Для определения искомой величины применяют методы взвешивания, пикнометра, ареометра. В каждом конкретном случае следует подбирать такие экспериментальные установки, которые учитывают все факторы.
Вещества с наибольшим и наименьшим удельным весом
Помимо чистой математической и физической теории, вызывают интерес своеобразные рекорды. Здесь мы постараемся привести те из элементов химической системы, которые обладают наибольшим и наименьшим зарегистрированным удельным весом. Среди цветных металлов самые «тяжелые» – благородные платина и золото, за ними следует тантал, названный в честь древнегреческого героя. Первые два вещества по удельному весу почти вдвое превышают аналогичные значения следующих за ними серебра, молибдена и свинца. Ну а самым легким среди благородных металлов стал магний, который почти в шесть раз меньше чуть более тяжелого ванадия.
Значения удельного веса некоторых других веществ
Мир современности был бы невозможен без железа и его разнообразных сплавов, и их удельный вес, несомненно, зависит от состава. Его значение варьируется в пределах одной-двух единиц, но в среднем это не самые высокие показатели среди всех веществ. А что же мы можем сказать об алюминии? Как и плотность, удельный вес его очень невысок – всего лишь вдвое больше магния. Это существенное преимущество для строительства высотных зданий, например, или летательных аппаратов, особенно в сочетании с такими его свойствами, как прочность и ковкость.
А вот медь отличается весьма высоким удельным весом, почти наравне с серебром и свинцом. При этом ее сплавы, бронза и латунь, немного легче за счет других металлов, обладающих меньшим значением обсуждаемой величины. Очень красивый и невероятно дорогой алмаз имеет, скорее, низкое значение удельного веса – всего лишь в три раза больше, чем у магния. Кремний и германий, без которых были бы невозможны современные миниатюрные гаджеты, несмотря на то, что имеют похожие структуры, тем не менее различаются. Удельный вес первого почти вдвое меньше, чем второго, хотя оба на этой шкале относительно легкие вещества.
Тайны самого не только тяжелого, но и плотного металла в мире
С незапамятных времен люди активно используют различные металлы. После изучения их свойств, вещества заняли достойное место в таблице знаменитого Д. Менделеева. До сих пор не утихают споры ученых относительно вопроса, какому металлу присвоить звание самого тяжелого и плотного в мире. На чаше весов два элемента менделеевской таблицы – иридий, а также осмий. Чем они интересны, читайте далее.
Общая информация
На протяжении веков люди занимались изучением полезных свойств самых распространенных металлов на планете. Больше всего сведений наука хранит о золоте серебре и меди. Со временем человечество познакомилось с железом, более легкими металлами – оловом и свинцом. В мире Средневековья люди активно пользовались мышьяком, а болезни лечили ртутью.
Благодаря стремительному прогрессу, сегодня самыми тяжелыми и плотными металлами считается не один элемент таблицы, а сразу два. Под номером 76 расположен осмий (Os), а под номером 77 – иридий (Ir), вещества имеют следующие показатели плотности:
- осмий тяжелый, благодаря плотности 22,62 г/ см³;
- иридий не намного легче – 22,53 г/ см³.
Плотность относят к физическим свойствам металлов, она представляет собой соотношение массы вещества к его объему. Теоретические расчеты плотности обоих элементов имеют некоторые погрешности, поэтому оба металла сегодня принято считать самыми тяжелыми.
Для наглядности можно сравнить вес обыкновенной пробки с весом пробки из самого тяжелого металла в мире. Чтобы уравновесить чаши весов с пробкой из осмия либо иридия, потребуется более сотни обычных пробок.
История открытия металлов
Оба элемента были открыты на заре XIX века ученым Смитсоном Теннантом. Многие исследователи того времени занимались изучением свойств сырой платины, обрабатывая ее «царской водкой». Только Теннанту удалось обнаружить в полученном осадке два химических вещества:
- осадочный элемент со стойким запахом хлора ученый назвал осмием;
- субстанция с меняющейся окраской получила название иридий (радуга).
Оба элемента были представлены единым сплавом, который ученому удалось разделить. Дальнейшим исследованием самородков платины занялся русский химик К. Клаус, тщательно исследовавший свойства осадочных элементов. Сложность определения самого тяжелого металла в мире заключается в невысокой разности их плотности, которая не является величиной постоянной.
Яркие характеристики самых плотных металлов
Добытые экспериментальным путем вещества представляют собой порошок, довольно трудно поддающийся обработке, ковка металлов требует очень высоких температур. Наиболее распространенной формой содружества иридия с осмием является сплав осмистого иридия, который добывают в месторождениях платины, пластах залегания золота.
Наиболее частым местом обнаружения иридия считаются метеориты, богатые железом. Самородного осмия в мире природы не найти, только в содружестве с иридием и другими компонентами платиновой группы. Залежи часто содержат соединения серы с мышьяком.
Особенности самого тяжелого и дорогого металла в мире
Среди элементов периодической таблицы Менделеева самым дорогостоящим считается осмий. Серебристый металл с голубоватым отливом принадлежит к платиновой группе благородных химических соединений. Свой блеск самый плотный, но очень хрупкий металл не теряет под воздействием высоких температурных показателей.
Характеристики
- Элемент №76 Osmium имеет атомную массу 190,23 а.е.м.;
- Расплавленное при температуре 3033°C вещество закипит при 5012°C.
- Самый тяжелый материал обладает плотностью 22,62 г/ см³;
- Структура кристаллической решетки имеет гексагональную форму.
Несмотря на изумительно холодный блеск серебристого отлива, осмий не годится для производства ювелирных изделий из-за высочайшей токсичности. Для плавки украшения потребовалась бы температура, как на поверхности Солнца, ведь самый плотный в мире металл разрушается при механическом воздействии.
Превращаясь в порошок, осмий взаимодействует с кислородом, реагирует на серу, фосфор, селен, на царскую водку реакция вещества очень медленная. Osmium не обладает магнетизмом, сплавы имеют склонность к окислению, формированию кластерных соединений.
Где применяют
Самый тяжелый и невероятно плотный металл обладает высокой износостойкостью, поэтому добавка его к сплавам значительно повышает их крепость. Применение осмия в основном связано с химической промышленностью. Кроме того, его используют для следующих нужд:
- изготовления ёмкостей, предназначенных для хранения отходов ядерного синтеза;
- для нужд ракетостроения, оружейного производства (боеголовки);
- в часовой промышленности для изготовления механизмов брендовых моделей;
- для изготовления хирургических имплантатов, деталей кардиостимуляторов.
Интересно, что самый плотный металл считается единственным в мире элементом, неподвластным воздействию агрессии «адской» смеси кислот (азотная и соляная). Алюминий, соединенный с осмием, становится настолько пластичным, что его можно вытягивать без разрыва.
Тайны самого редкого и плотного в мире металла
Принадлежность иридия к платиновой группе наделяет его свойством невосприимчивости к обработке кислотами и их смесями. В мире иридий получают из анодных шламов при медно-никелевом производстве. После обработки шлама царской водкой, выпавший осадок прокаливают, результатом чего становится добыча иридия.
Характеристики
Самый твердый металл серебристо-белого цвета обладает следующей группой свойств:
- элемент таблицы Менделеева Iridium №77 обладает атомной массой 192,22 а.е.м.;
- расплавленное при температуре 2466°C вещество закипит при 4428°C;
- плотность расплавленного иридия – в пределах 19,39 г/см³;
- плотность элемента при комнатной температуре – 22,7 г/см³;
- кристаллическая решётка иридия ассоциируется с гранецентрированным кубом.
Тяжелый иридий не меняется под воздействием обычной температуры воздуха. Результатом прокаливания под воздействием нагревания при определенных температурах становится образование многовалентных соединений. Порошок свежего осадка иридиевой черни поддается частичному растворению царской водкой, а также раствором хлора.
Область применения
Хотя Iridium принадлежит к числу драгоценных металлов, для ювелирных изделий его применяют редко. Элемент, плохо поддающийся обработкам, весьма востребован при строительстве дорог, производстве автомобильных деталей. Сплавы с неподверженным окислению самым плотным металлом применяются для следующих целей:
- изготовления тиглей для проведения лабораторных опытов;
- производства специальных мундштуков для стеклодувов;
- покрытия кончиков перьев и стержней шариковых ручек;
- изготовления долговечных свечей зажигания для автомобилей;
Сплавы с изотопами иридия используют на сварочном производстве, в приборостроении, для выращивания кристаллов в составе лазерной техники. Применение самого тяжелого металла позволило осуществлять лазерную коррекцию зрения, дробление камней в почках и другие медицинские процедуры.
Хотя Iridium лишен токсичности и не опасен для биологических организмов, в природной среде можно встретиться его опасным изотопом – гексафторидом. Вдыхание паров ядовитого вещества ведет к мгновенному удушью и смерти.
Места природного залегания
Залежи самого плотного металла Iridium в мире природы ничтожно малы, их намного меньше, чем запасов платины. Предположительно самое тяжелое вещество сместилось к ядру планеты, поэтому объемы промышленной добычи элемента невелики (около трех тонн в год). Изделия из сплавов с иридием могут прослужить до 200 лет, драгоценности станут более долговечными.
Самородков самого тяжелого металла с неприятным запахом Osmium в природе не найти. В составе минералов можно обнаружить следы осмистого иридия вместе с платиной и палладием, рутением. Залежи осмистого иридия разведаны на территории Сибири (Россия), некоторых штатов Америки (Аляска и Калифорния), в Австралии и Южной Африке.
Если обнаружены залежи платины, удастся выделить осмий с иридием для укрепления и усиления физических либо химических соединений различных изделий.
