«Микролаттис» самый легкий металл, который на 99.9% состоит из воздуха

Ли́тий
(химический символ —
Li
; лат.
Li
thium) — элемент первой группы (по устаревшей классификации — главной подгруппы первой группы), второго периода периодической системы химических элементов с атомным номером 3.

Литий был открыт в 1817 году шведским химиком и минералогом Иоганном Арфведсоном сначала в минерале петалите (Li,Na)[Si4AlO10], а затем в сподумене LiAl[Si2O6] и в лепидолите KLi1.5Al1.5[Si3AlO10](F,OH)2. Металлический литий впервые получил Гемфри Дэви в 1818 году.

Своё название литий получил из-за того, что был обнаружен в «камнях» (греч. λίθος — камень). Первоначально назывался «литион», современное название было предложено Берцелиусом.

Физические свойства

Простое вещество литий

— мягкий щелочной металл серебристо-белого цвета, , мягкий и пластичный, твёрже натрия, но мягче свинца. Его можно обрабатывать прессованием и прокаткой.

При комнатной температуре металлический литий имеет кубическую объёмноцентрированную решётку (координационное число 8), пространственная группа I m3m, параметры ячейки a = 0,35021 нм, Z = 2. Ниже 78 К устойчивой кристаллической формой является гексагональная плотноупакованная структура, в которой каждый атом лития имеет 12 ближайших соседей, расположенных в вершинах кубооктаэдра. Кристаллическая решетка относится к пространственной группе P 63/mmc, параметры a = 0,3111 нм, c = 0,5093 нм, Z = 2.

Из всех щелочных металлов литий характеризуется самыми высокими температурами плавления и кипения (180,54 и 1340 °C, соответственно), у него самая низкая плотность при комнатной температуре среди всех металлов (0,533 г/см³, почти в два раза меньше плотности воды). Вследствие своей низкой плотности литий всплывает не только в воде, но и, например, в керосине.

Маленькие размеры атома лития приводят к появлению особых свойств металла. Например, он смешивается с натрием только при температуре ниже 380 °C и не смешивается с расплавленными калием, рубидием и цезием, в то время как другие па́ры щелочных металлов смешиваются друг с другом в любых соотношениях.

Химические свойства

Литий является щелочным металлом, однако относительно устойчив на воздухе. Литий является наименее активным щелочным металлом, с сухим воздухом (и даже с сухим кислородом) при комнатной температуре практически не реагирует. По этой причине литий является единственным щелочным металлом, который не хранят в керосине (к тому же плотность лития столь мала, что он будет в нём плавать); он может непродолжительное время храниться на воздухе.

Во влажном воздухе медленно реагирует с азотом и другими газами, находящимися в воздухе, превращаясь в нитрид Li3N, гидроксид LiOH и карбонат Li2CO3. В кислороде при нагревании горит, превращаясь в оксид Li2O. Интересная особенность лития в том, что в интервале температур от 100 °C до 300 °C он покрывается плотной оксидной плёнкой и в дальнейшем не окисляется. В отличие от остальных щелочных металлов, дающих стабильные надпероксиды и озониды; надпероксид и озонид лития — нестабильные соединения.

В 1818 немецкий химик Леопольд Гмелин установил, что литий и его соли окрашивают пламя в карминово-красный цвет, это является качественным признаком для определения лития. Температура самовоспламенения находится в районе 300 °C. Продукты горения раздражают слизистую оболочку носоглотки.

Спокойно, без взрыва и возгорания, реагирует с водой, образуя LiOH и H2. Реагирует также с этиловым спиртом (с образованием алкоголята), с водородом (при 500—700 °C) с образованием гидрида лития, с аммиаком и с галогенами (с иодом — только при нагревании). При 130 °C реагирует с серой с образованием сульфида. В вакууме при температуре выше 200 °C реагирует с углеродом (образуется ацетиленид). При 600—700 °C литий реагирует с кремнием с образованием силицида. Химически растворим в жидком аммиаке (−40 °C), образуется синий раствор.

В водном растворе литий имеет самый низкий стандартный электродный потенциал (−3,045 В) из-за малого размера и высокой степени гидратации иона лития.

Длительно литий хранят в петролейном эфире, парафине, газолине и/или минеральном масле в герметически закрытых жестяных коробках. Металлический литий вызывает ожоги при попадании на влажную кожу, слизистые оболочки и в глаза.

Лёгкие металлы

Лёгкие металлы

,Лёгкие металлы и легкие сплавы металлов.

легкие металлы, легкий металл. Металлы платиновой группы (МПГ, Платиновая группа, Платиновые металлы, Платиноиды) — коллективное обозначение шести переходных металлических элементов (рутений, родий, палладий, осмий, иридий, платина), имеющих схожие физические и химические свойства, и, как правило, встречающихся в одних и тех же месторождениях. В связи с этим, имеют схожую историю открытия и изучения, добычу, производство и применение. Металлы платиновой группы являются благородными и драгоценными металлами. В природе, чаще всего встречаются, в полиметаллических (медно-никелевых) рудах, а также в месторождениях золота и платины. Иногда, металлы платиновой группы подразделяют на две триады: рутений, родий и палладий — лёгкие платиновые металлы и платина, иридий и осмий — тяжёлые платиновые металлы.

В Старом Свете платина не была известна, однако цивилизации Анд (инки и чибча) добывали и использовали её с незапамятных времён

Итальянский химик Джилиус Скалигер в 1835 году открыл неразложимость платины и таким образом доказал, что она является независимым химическим элементом.

В 1803 английский учёный Уильям Хайд Волластон открыл палладий и родий. В 1804 английский учёный С. Теннант открыл иридий и осмий. В 1808 русский учёный А. Снядицкий, исследуя платиновую руду, привезенную из Южной Америки, извлек новый химический элемент, названный им вестием. В 1844 профессор Казанского университета К. К. Клаус всесторонне изучил этот элемент и назвал его в честь России рутением.

Все платиновые металлы светло-серые и тугоплавкие, платина и палладий пластичны, осмий и рутений хрупкие. Красивый внешний вид благородных металлов обусловлен их инертностью.

Платиновые металлы обладают высокой каталитической активностью в реакциях гидрирования, что обусловлено высокой растворимостью в них водорода. Палладий способен растворить до 800—900[2] объёмов водорода, платина — до 100. Все платиновые металлы химически довольно инертны, особенно платина. Они растворяются лишь в «царской водке» с образованием хлоридных комплексов.

Нас находят по запросам:

самый легкий металл самые легкие металлы легкие цветные металлы металлургия легких металлов легкий серебристо белый металл легкие и тяжёлые металлы сплав легких металлов легкий прочный металл легкие металлы металлургия металлургия легких металлов

Применение

Сплав сульфида лития и сульфида меди — эффективный полупроводник для термоэлектропреобразователей (ЭДС около 530 мкВ/К).

Из лития изготовляют аноды химических источников тока (аккумуляторов, например, литий-хлорных аккумуляторов) и гальванических элементов с твёрдым электролитом (например, литий-хромсеребряный, литий-висмутатный, литий-окисномедный, литий-двуокисномарганцевый, литий-иодсвинцовый, литий-иодный, литий-тионилхлоридный, литий-оксидванадиевый, литий-фторомедный, Литий-двуокисносерный элементы), работающих на основе неводных жидких и твёрдых электролитов (тетрагидрофуран, пропиленкарбонат, метилформиат, ацетонитрил).

Кобальтат лития и молибдат лития показали лучшие эксплуатационные свойства и энергоёмкость в качестве положительного электрода литиевых аккумуляторов.

Гидроксид лития используется как один из компонентов для приготовления электролита щелочных аккумуляторов. Добавление гидроксида лития к электролиту тяговых железо-никелевых, никель-кадмиевых, никель-цинковых аккумуляторных батарей повышает их срок службы в 3 раза и ёмкость на 21 % (за счёт образования никелатов лития).

Алюминат лития — наиболее эффективный твёрдый электролит (наряду с цезий-бета-глинозёмом).

Монокристаллы фторида лития используются для изготовления высокоэффективных (КПД 80 %) лазеров на центрах свободной окраски и для изготовления оптики с широкой спектральной полосой пропускания.

Перхлорат лития используют в качестве окислителя.

Сульфат лития используют в дефектоскопии.

Нитрат лития используют в пиротехнике для окрашивания огней в красный цвет.

Сплавы лития с серебром и золотом, а также медью являются очень эффективными припоями. Сплавы лития с магнием, скандием, медью, кадмием и алюминием — новые перспективные материалы в авиации и космонавтике (из-за их лёгкости). На основе алюмината и силиката лития создана керамика, затвердевающая при комнатной температуре и используемая в военной технике, металлургии, и, в перспективе, в термоядерной энергетике. Огромной прочностью обладает стекло на основе литий-алюминий-силиката, упрочняемого волокнами карбида кремния. Литий очень эффективно упрочняет сплавы свинца и придает им пластичность и стойкость против коррозии.

Триборат лития-цезия используется как оптический материал в радиоэлектронике. Кристаллические ниобат лития LiNbO3 и танталат лития LiTaO3 являются нелинейными оптическими материалами и широко применяются в нелинейной оптике, акустооптике и оптоэлектронике. Литий также используется при наполнении осветительных газоразрядных металлогалогеновых ламп. Гидроксид лития добавляют в электролит щелочных аккумуляторов для увеличения срока их службы.

В чёрной и цветной металлургии литий используется для раскисления и повышения пластичности и прочности сплавов. Литий иногда применяется для восстановления методами металлотермии редких металлов.

Изотопы 6Li и 7Li обладают разными ядерными свойствами (сечение поглощения тепловых нейтронов, продукты реакций) и сфера их применения различна. Гафниат лития входит в состав специальной эмали, предназначенной для захоронения высокоактивных ядерных отходов, содержащих плутоний.

Высокогигроскопичные бромид LiBr и хлорид лития LiCl применяются для осушения воздуха и других газов.

Соли лития обладают нормотимическими и другими лечебными свойствами. Поэтому они находят применение в медицине.

Стеарат лития («литиевое мыло») используется в качестве загустителя для получения пастообразных высокотемпературных смазок машин и механизмов.

Гидроксид лития LiOH, пероксид Li2O2 применяются для очистки воздуха от углекислого газа; при этом последнее соединение реагирует с выделением кислорода (например, 2Li2O2 + 2CO2 → 2Li2CO3 + O2), благодаря чему используется в изолирующих противогазах, в патронах для очистки воздуха на подлодках, на пилотируемых космических аппаратах и т. д.

Литий и его соединения широко применяют в силикатной промышленности для изготовления специальных сортов стекла и покрытия фарфоровых изделий.

Соединения лития используются в текстильной промышленности (отбеливание тканей), пищевой (консервирование) и фармацевтической (изготовление косметики).

Легкие металлы и война

По сравнению с 1914—1918 гг. металлохозяйство войны претерпело значительные изменения. Применение качественных, легированных сталей вместо обыкновенных чугуна и стали и широкое использование алюминия и магния вместо тяжелых цветных и отчасти вместо черных металлов — таковы отличительные черты потребления металлов в современной войне.

Наука и жизнь // Иллюстрации

Наука и жизнь // Иллюстрации

Военная техника, наших дней характеризуется широким применением быстро движущихся механизмов и транспортных средств. Конструкторы военных машин ведут борьбу за максимальное снижение мертвого веса применяемых механизмов. Самолеты и танки — наиболее важные механизмы — были объектом многочисленных изысканий и изобретений, целью которых явилось максимальное, облегчение конструкций без ущерба для прочности машин.

Авиационная техника совершенствуется в трех направлениях. Скорость полета, увеличение радиуса действия. и повышение, «потолка» — таковы основные цели, которые ставят перед, собой конструкторы авиамашин и моторов, В достижении этих целей существенное значение имеют уменьшение веса летательного аппарата и его механизмов и увеличение прочности и надежности работы машин и моторов. Основными конструктивными материалами, удовлетворяющими этим требованиям, являются в первую очередь алюминий и его сплавы. Алюминий в 3 раза легче железа и в 3,5 раза легче меди. При замене стали легкими сплавами (алюминия, магния) вес конструкции обычно уменьшается примерно в два раза при сохранении той же прочности.

Низкий удельный вес алюминия и магния и высокие механические свойства их сплавов дают широкие возможности резкого снижения мертвого веса движущихся механизмов и транспортных средств. Путем, использования легких металлов созданы новейшие конструкции быстроходных танков, достигнуто увеличение подвижности автоброневых частей. Вследствие снижения веса дизельмоторов последние могут заменять не только автомобильные, но даже авиационные двигатели внутреннего сгорания. В том же направлении совершенствуются и судовые двигатели морского и речного флота.

Снижение веса автомашин уменьшает расход горючего и сокращает износ шин. Экономия, нефти и каучука — важнейший фактор усиления эффективности военных действий.

Применение алюминиевых сплавов при конструировании железнодорожных вагонов дает экономию в весе не менее 50%, что весьма ускоряет передвижение войск и материалов. Следствием применения легких металлов в движущихся механизмах является огромное увеличение скорости транспорта всех видов. Алюминиевые детали снижают вес и инерцию движущихся частей авиационных и других моторов, увеличивают число оборотов и мощность двигателей. Снижение мертвого веса облегчает трогание с места и торможение и повышает скорость движения.

Изготовление из алюминиевых сплавов (вместо стали) цистерн, контейнеров для перевозки нефтепродуктов, кислот, пищевых продуктов увеличивает емкость цистерн на 20—25% без увеличения веса.

На морских и речных судах алюминий применяется для термоизоляции, в частях моторов, а в последнее время — для палубных сооружений; мачты, щитовые перекрытия, лоцманские будки и спасательные шлюпки из алюминиевых сплавов представляют большие преимущества по сравнению с деревянными конструкциями, благодаря большой легкости, прочности и огнестойкости.

Легкость, сопротивляемость действию дыма и высокая отражательная способность алюминия делают его пригодным в качестве кровельного материала. На военных кораблях нередко пользуются алюминиевой мебелью (кроватями, шкафами, обоями). Легкость, несгораемость, гигиеничность — неизменные свойства алюминия.

Алюминий и его сплавы отличаются большой стойкостью против коррозии, поэтому он получает все большее применение в судостроении. Но алюминиевые сплавы устойчивы не только по отношению к пресной и морской воде. Они могут сопротивляться азотной и серной кислотам, углекислому газу, различным маслам, эфирам, органическим кислотам и другим химическим веществам. Поэтому в химической промышленности, в частности в коксобензольном производстве и при изготовлении различных газов и взрывчатых веществ, получила широкое применение алюминиевая аппаратура. Благодаря своей химической стойкости алюминий часто применяется в производстве искусственного шелка.

Алюминий в виде порошка, смешанного с окисью железа, носит название термита. Термитом заряжаются зажигательные снаряды и авиабомбы. Термитный порошок употребляется также для сварки рельсов и других крупных металлических предметов. Он дает яркую вспышку при сгорании, а потому используется в пиротехнике для осветительных ракет, фотографических вспышек и т. п. Не меньшее значение в пиротехнике имеет другой легкий металл — магний.

Легкие металлы широко используются в электротехнике сильных и слабых токов — в линиях высокого напряжения и подстанциях, в телефонном и телеграфном оборудовании, в радиоаппаратуре. Несмотря на то, что электропроводность алюминия на 40% меньше, чем меди, применение алюминиевых проводов экономически выгоднее, так как они вдвое легче медных. Поэтому алюминий быстро вытесняет медь в воздушных линиях передач. Будучи немагнитным, алюминий широко применяется в электроаппаратуре в тех случаях, когда магнитные свойства материала вызывают потери мощности.

Магний еще легче алюминия. Поэтому из высокопроцентных магниевых сплавов (например, из электрона, 90% которого составляет магний, а остальные 10% — алюминий и цинк) изготовляются части самолетов, моторов, баков для горючего, радиоаппаратура и т.п. Удельный вес магниевого сплава «дауметалл», изготовляемого в Америке, составляет едва 1,8 (при среднем удельном весе алюминиевых сплавов 2,8; цинка 7,1; меди 8,9).

Особенно большое применение получили алюминиевые сплавы типа дюралюмин. Алюминий в чистом виде имеет сопротивление разрыву в 4 раза меньшее, чем дюралюмин, который, кроме алюминия, содержит около 4% меди, кремний и марганец. Между тем, удельный вес дюралюмина (2,8) лишь незначительно выше удельного веса алюминия (2,7). Высокая прочность, пластичность и сопротивление износу сделали дюралюмин наиболее распространенным сплавом.

В последнее время получил распространение новый алюминиевый сплав, содержащий медь, никель и титан. Этот сплав, весьма хорошо поддающийся горячей обработке, применяется англичанами в авиамашинах как основной конструктивный материал. Прочность этого сплава на 30% выше прочности дюралюмина.

Алюминий и магний в сочетании с другими металлами дают многочисленные разновидности металлических материалов, пригодные для самых разнообразных применений.

Чувствительность магния и его сплавов к атмосферной и морской коррозии являлась главным препятствием к их применению в авиации и для других целей. Но в последнее время широкое использование защитных покрытий — хромирования, эмалировки и даже простой окраски и покрытия лаком — расширило область применения магниевых сплавов.

Геодезические приборы, барометры, фото-и киноаппараты, кипятильники, нормативная посуда, алюминиевая фольга для упаковки пищевых продукте, алюминиевые краски, даже одежда из алюминия — таковы многообразные применения этого металла в военном деле.

В сочетании с другими металлами алюминий и магний используются с большой эффективностью. Так называемое алитирование железа (т. е. покрытие его алюминием) сообщает черному металлу высокую коррозионную стойкость и жароупорность. Алитированная аппаратура применяется в военнохимической промышленности. Сталь с алюминиевым покрытием выдерживает более высокую температуру, чем сталь с оловянным и цинковым покрытием, и сопротивляется коррозии лучше, чем белая жесть.

Алюминий служит одним из важнейших заменителей дефицитных цветных металлов, особенно олова и меди. Из алюминиевой бронзы изготовляются детали торпед, разнообразная арматура, винты и т. п.

Понтонные мосты новейших конструкций состоят из стальных и алюминиевых частей.

Как видно из предыдущего, применение легких металлов в военном деле чрезвычайно разнообразно, однако наиболее важным является использование их в самолетостроении. В самолетах легкие сплавы составляют до 90% общего веса.

По английским данным, средний вес военного самолета составляет около 3,75 т, в том числе алюминий — 2,3 т, железо и сталь — 0,75 т, медь — 0,15 т, никель, хром, молибден, магний и олово (по 30 кг каждый) — 0,15 т. Кроме того, используется небольшое количество свинца и цинка.

Таким образом, план Рузвельта, предусматривающий постройку 50 000 самолетов, потребует около 115 000 т алюминия. Вес новейших бомбардировщиков превышает 7 и больше тонн. Расход легких сплавов на эти машины значительно выше.

По предварительным подсчетам американских журналов, мировая выплавка алюминия в 1940 г. превысила 700 000 т1, в том числе в США 200 000 т, в Канаде 90 000 т. В 1939 г. выплавка алюминия в капиталистических странах составила 615 000 т.

Не располагая собственным алюминиевым сырьем, Германия использует бокситы, залегающие на территории Венгрии и других занятых ею стран. Одной из задач англо-американских стран является расширение производства алюминия и магния в таких масштабах, чтобы обеспечить преобладание противогерманской коалиции. Насколько успешны результаты проводимых мероприятий, видно из следующих данных.

В 1940 г. в США выплавка алюминия увеличилась с 145 000 до 200 000 т, т. е. на 38%. К июлю 1941 г. мощность заводов США предполагалось довести до 350 000 т, к июлю 1942 г. — до 415 000 т., что превысит мощность германских заводов вдвое.

Америка строит алюминиевые заводы с небывалой скоростью: в 3—4 месяца вырастают мощные производственные установки. Уже пущены первые очереди сверхмощного алюминиевого завода в Ванкувере, близ Тихоокеанского побережья (полная мощность этого завода запроектирована в 75 000 т), и в Шеффильде на реке Теннеси. Широко используется как собственный, так и привозной боксит из Гвианы, Бразилии, Нидерландской Индии. Огромные гидростанции на реках Колумбии, Колорадо, Теннеси и Ниагарский водопад дают электроэнергию для алюминиевых заводов; на притоках реки св. Лаврентия работают гидростанции, снабжающие энергией канадские алюминиевые заводы, значительно расширенные за последние годы. Даже в глубине далекой Африки, в английской колонии Ньяссалэнд, строятся алюминиевый комбинат и электростанция.

Не менее серьезные мероприятия проводятся и в магниевой промышленности, Предпринятые США новостройки должны увеличить мощность магниевых заводов в 5—6 раз. Строятся заводы в Тексасе (на берегу Мексиканского залива, где будет использована в качестве сырья концентрированная морская вода), на западе США, где будут перерабатываться магнезиты и доломиты, а также рапа Большого Соленого озера. В течение одного только года мощность заводов, изготовляющих магниевое литье, увеличена в 1,5 раза: построены новые заводы в Лос-Анжелосе, Буффало, Гарвуде, Нью-Кенсингтоне. Компания Форда переключила свою основную деятельность на обслуживание военного авто- и авиастроения, В Канаде, Австралии и других частях Британской империи строятся новые металлообрабатывающие заводы.

Огромным преимуществом Америки и Англии являются чрезвычайно большие сырьевые ресурсы. Это в еще большей степени относится к СССР. Наши бокситовые, алунитовые, нефелиновые месторождения практически неисчерпаемы. Вместе с тем мы располагаем высококачественными бокситами, которые могут обеспечить расширение производства необходимого металла в короткий срок. Наша алюминиевая промышленность, впервые созданная в 1932 г., развивается быстрыми темпами. Советскими заводами освоены и усовершенствованы наиболее современные методы производства и переработки легких металлов и сплавов. По производству алюминия и магния СССР занимает одно из первых мест в мире, что обеспечивает снабжение нашей оборонной промышленности.

Комментарии к статье

Lithium. Nirvana

Я так счастлив, Ведь сегодня я нашёл своих друзей… Они в моей голове. Я такой безобразный, но это нормально, Ведь и ты такой… Мы разбили наши зеркала. Утро воскресенья. Для меня каждый день. И я не боюсь, зажги мои свечи… Я в оцепенении, ведь я нашёл бога…

Я так одинок, но это ничего, Я побрил себе голову… И я не печалюсь, И, может, Я виноват во всём, что слышал… Но я не уверен.. Я так взвинчен, Не дождусь встречи с тобой там… Мне всё равно. Я так возбужден, Но это не страшно, У меня добрые намерения.

Я люблю это — я не схожу с ума Я скучаю по тебе, я не схожу с ума, Я люблю тебя, я не схожу с ума, Я убью тебя, я не схожу с ума..

Я так счастлив, Ведь сегодня я нашёл своих друзей… Они в моей голове. Я такой безобразный, но это нормально, Ведь и ты такой… Мы разбили наши зеркала. Утро воскресенья. Для меня каждый день. И я не боюсь, зажги мои свечи… Я в оцепенении, ведь я нашёл бога…

Я люблю это — я не схожу с ума Я скучаю по тебе, я не схожу с ума, Я люблю тебя, я не схожу с ума, Я убью тебя, я не схожу с ума…
Автор перевода — tester

Аэрогель: вещество легче воздуха

Аэрогель — это странный, очень странный материал. У него нет практически ни одного свойства, в которое можно сразу, без доказательств поверить. Лишь подержав брусок аэрогеля в руках или хотя бы посмотрев видеозаписи, где это делает кто-либо другой, начинаешь понимать: похоже, это правда. Являясь твердым материалом, он на 99,8% состоит из воздуха и при этом способен выдерживать вес, превышающий его собственный в 4000 раз (!), что говорит о нечеловеческой прочности.

Аэрогели огнеупорны, воздухопроницаемы, способны впитывать воду или масло, могут — в зависимости от материала изготовления — служить электрическим проводником или не менее эффективным изоляционным материалом. Тем не менее, несмотря на то что изобрели аэрогель почти сто лет назад, сфера его применения на данный момент ограничена. В первую очередь это связано с очень высокой ценой.

Себестоимость исходных материалов для аэрогеля составляет порядка $1000 за кубический сантиметр, и это не считая серьезных временных затрат. А время, как известно, это самый дорогостоящий ресурс. Так или иначе, на сегодняшний день аэрогель значительно дороже золота. Второй недостаток — чрезмерно малая пластичность, то есть аэрогели очень хрупкие. Они выдержат давление, но не удар.

Аэрогель на кухне?

В принципе, изготовить аэрогель в домашних условиях можно. Но это будет очень дорого, сложно, и с высокой долей вероятности результат окажется несколько отличным от ожиданий. «Исходником» служит гель — материал (а точнее, дисперсная система), состоящий из двух компонентов — макромолекулярной сетки и низкомолекулярного растворителя, заполняющего поры сетки. «Наполнителем» может служить вода, спирт, углеводороды, а структурой — диоксид кремния, оксид алюминия, желатин В аэрогеле же жидкий наполнитель заменяется воздухом, и получается пористая структура.

Первый аэрогель был получен из так называемого алкогеля — силикагеля (структуры, образованной растворами кремниевых кислот), поры которого были заполнены спиртом. Казалось бы, что может быть проще, достаточно извлечь жидкую составляющую и заменить газообразной. Но если провести такую операцию грубо, то структура «схлопнется» и деформируется. Поэтому получение аэрогеля предполагает определенные трудности.

Простейший способ, который использовал в 1920-х годах изобретатель аэрогеля Сэмюэл Кистлер, выглядит следующим образом. Сперва гель нагревается до критической точки — такой температуры и давления, при которой свойства жидкости и газа не различаются между собой. Затем давление понижается при сохранении критической температуры — при этом вещество сохраняет газообразное состояние.

Затем, второй ступенью, снижается и температура — спирта в структуре при этом слишком мало, чтобы он мог конденсироваться обратно в жидкость, и поры геля остаются наполненными газом (воздухом). В итоге мы получаем недеформированную структуру — аэрогель. Звучит несложно, но построить на кухне устройство для приведения геля к критической температуре, а тем более к давлению — задача не из тривиальных. Но, спешим заметить, это вполне возможно, и прецеденты есть.

Исходный продукт

Аэрогель можно сделать из значительного количества материалов — различных полимеров, металлов Наиболее распространены в промышленности (если это можно назвать «распространением») три типа: на базе силикагелей, углеводородов и оксидов металлов. Чаще всего в экспериментах используют первый тип.

Силика-аэрогели выглядят воздушно-голубыми. Их окраска объясняется тем, что материал содержит большое количество частиц силики (оксида кремния) и заполненных воздухом или газом пор нанометровых размеров, которые рассеивают коротковолновое излучение (синий и фиолетовый) лучше, чем длинноволновое. То есть по той же самой причине, почему небо в ясный день имеет голубой оттенок: за счет рассеяния света на молекулах газов в атмосфере.

Аэрогели на основе углеродных гелей черные, напоминают и на вид, и на ощупь уголь, только очень легкий. Имея очень большую площадь поверхности и будучи хорошими проводниками, они могут использоваться для изготовления суперконденсаторов или топливных элементов.

Наконец, аэрогели на базе оксидов металлов используются в качестве катализаторов при химических реакциях, а также при производстве взрывчатых веществ, карбоновых нанотрубок В отличие от силикогелевых и углеродных собратьев, металлические аэрогели могут быть разных цветов — в зависимости от используемого металла.

Что с этим делать?

Применяются аэрогели в достаточно широком спектре областей, но, так сказать, понемногу. Одна из основных отраслей, использующих подобные материалы, — космическая.

Например, в 1999 году агентство NASA запустило космический аппарат «Стардаст», созданный специально для исследования короткопериодической кометы 81P/Вильда. Пролетев около 4,8 млрд километров, «Стардаст» успешно достиг кометы, сделал ряд фотоснимков и, что очень важно, собрал частицы «звездной пыли» из комы (облака пыли и газа), окружающей комету.

Для сбора образцов как раз и использовался аэрогель, известный своими абсорбирующими качествами. 260 аэрогелевых параллелепипедов уловили значительное количество частиц и послужили «контейнерами», позволившими доставить «звездную пыль» на Землю в полной сохранности. В 2006 году «Стардаст» успешно вернулся, и ученые впервые за много лет получили образцы космического вещества — причем не какого-то, а из «окружения» кометы; анализ полученных образцов стал еще одной вехой в исследовании космоса.

В принципе, в качестве ловушки можно было использовать и другие вещества, но ничто не могло сравниться с аэрогелем по сочетанию «малая масса — высокая адсорбирующая способность».

Конечно, не космосом единым жив человек. Для нас значительно более важно не исследовательское, а прикладное применение того или иного изобретения. Интересно, что на ранних стадиях аэрогели пытались применять практически во всех сферах человеческого существования — от косметики до взрывчатки, от сигарет до холодильников.

В 1940-х годах Сэмюэл Кистлер подписал контракт с компанией Monsanto, которая производила и продавала этот материал под торговой маркой Santocel. Содержание воздуха в «сантоселе» составляло порядка 94%. В первую очередь «сантосель» рекламировался как изоляционный материал для пожароопасных производств, поскольку был негорючим и очень легким.

Его абсорбирующие свойства позволяли использовать его в качестве загустителя в напалмовых бомбах, также он использовался при производстве лакокрасочной продукции В течение четверти века Monsanto была единственным производителем аэрогелей в мире, но в 1970-х годах и она свернула производство странного вещества. Слишком мал был спрос, и слишком дорогим и опасным оставалось производство.

Но в 1980-х годах ученые разработали ряд более простых способов получения аэрогеля. Спирт был заменен диоксидом углерода, а применение в технологии изготовления силикагелей алкоголятов кремния снизило токсичность и повысило скорость производства. Аэрогель снова приобрел коммерческую ценность и получил второй шанс.

Ныне аэрогели применяются в различных отраслях промышленности, например при производстве силикона и строительных материалов. Аэрогель можно встретить в красках, косметике, водонепроницаемых и огнеупорных тканях, в ядерной отрасли. Но основное употребление он нашел в сфере изоляционных материалов.

В частности, это идеальный огнеупорный материал, позволяющий увеличить пожарную безопасность зданий, а также теплоизоляционная структура для труднодоступных участков (скажем, оконные щели в точках открывания). Да, стоимость его высока, но при грамотном использовании в определенных местах она выходит даже меньше, нежели при применении традиционных методов. Если в ближайшее время будут разработаны новые, более дешевые методики производства аэрогеля и его стоимость упадет, аэрогель вполне может стать товаром широкого потребления. Как алюминий, нейлон или дерево.

Вперед в будущее

Исследование аэрогелей продолжается. Перед учеными стоит целый ряд задач: сделать материал прочнее, дешевле, а также обезопасить его производство. В 2002 году профессор Николас Левентис из Университета науки и технологий штата Миссури объявил о том, что разработал метод производства нехрупкого аэрогеля (раньше хрупкость была одной из основных проблем материала).

Вещества, созданные по методике Левентиса, получили наименование X-аэрогели — они более прочные и эластичные, но, с другой стороны, их производство весьма опасно и занимает больше времени. Ухудшились и изоляционные свойства. X-аэрогели могут найти применение в сфере производства брони, автомобильных шин, самолетов. Углеродные аэрогели можно применять для создания суперконденсаторов и топливных элементов.

Современная наука чаще всего базируется на исследованиях, которые проводятся в хорошо оборудованных лабораториях целыми институтами. Аэрогелем, как ни странно, может заниматься и ученый-одиночка — необходимое оборудование сравнительно доступно. Это открывает достаточно широкие возможности для исследований. В интернете можно найти целые сайты, посвященные методике и рецептам по изготовлению аэрогелей.

Но мы, кажется, так и не ответили на два важных вопроса, заданных в начале материала: действительно ли аэрогель может быть легче воздуха и почему китайский графеновый аэрогель стал сенсацией. Плотность различных аэрогелей обычно варьируется в пределах от 0,001 до 0,5 г/см^3 (чаще всего порядка 0,02 г/см^3) а плотность воздуха — 0,001225 г/см^3.

То есть аэрогель действительно может быть немного легче воздуха — такой эффект достигается удалением воздуха из пор и замещением его газом, более легким, чем воздух. Китайские же ученые поставили рекорд, добившись плотности 0,00016 г/см^3. Предыдущий рекорд сверхмалой плотности принадлежал материалу под названием аэрографит, созданному год назад немецкими учеными, — его плотность составляла 0,0002 г/см^3.

Основное достижение китайцев не только в разработке нового метода получения аэрогеля и установлении рекорда, но и в отличных свойствах графенового аэрогеля: он удивительно эластичен (восстанавливается после 90%-ного сжатия) и способен абсорбировать количество жидкости (масла), в 900 раз превышающее его собственную массу. Вполне вероятно, новое вещество станет великолепным улавливателем океанического мусора и, что немаловажно, загрязняющих воду веществ, например нефти.

В общем, широкое практическое применение аэрогелей в повседневной жизни, как говорится, на носу. Правда, пока совершенно непонятны размеры этого носа.

Самые необычные химических вещества, которые существуют на самом деле

Ученые постоянно создают и открывают новые материалы. Но немногие из них настолько потрясающе круты, что заслуживают признания.

ВсеЗнаешь.ру отобрал 10 самых удивительных материалов в мире, которые без тени сомнения доказывают, что будущее уже наступило.

1. Аэрогель: сверхпрочный материал, который в 7,5 раз легче воздуха

С момента его изобретения в 1931 году американским ученым Сэмюэлем Кистлером он использовался в космических миссиях для сбора пыли с хвоста кометы, правительственными учреждениями для разработки изолированных палаток и даже для производства одежды, которая защищает человека от сильной жары.

Аэрогель обеспечивает невероятную изоляцию и защиту от тепла.

Аэрогель — это инновационный материал, разработанный на основе графена, который обладает некоторыми уникальными свойствами: он твердый, прозрачный, огнестойкий и очень хорошо сохраняет тепло. В то же время он всего в 1,5 раза плотнее воздуха и в 500 раз меньше воды. Это также одно из самых дорогих веществ: кусок размером с вашу ладонь стоит около 100 долларов.

2. Галлий: металл, плавящийся в ваших руках

Галлий — это мягкий мерцающий твердый металл весьма необычен. При низких температурах он представляет собой хрупкую твердую структуру. Но когда его нагревают до температуры чуть выше комнатной, он превращается в блестящую лужу. В горячей воде материалы из галлия тают на глазах.

3. Феррожидкость: эта магнитная жидкость образует невероятные формы

Эта похожая на дикобраза кучка сверхтонких магнитных частиц — обычно железа — представляет собой жидкость, которая начинает танцевать и формировать ошеломляющие структуры после приложения к ней магнитного поля.

Ферромагнитная жидкость была создана в 1963 году ученым NASA Стивом Паппелом как прототип для ракетного топлива, которое должно было двигать космический аппарат после применения магнитного поля на нее. Самое странное в ферромагнитных жидкостях то, что они ведут себя одновременно как жидкости и как твердые материалы.

4. Вантаблэк: самое черное вещество

Вантаблэк (Vantablack) – это искусственный материал, разработанный компанией Surrey NanoSystems. Этот материал является эквивалентом черной дыры в том, что он поглощает свет настолько, что трехмерные объекты, покрытые материалом, кажутся двумерными, поскольку сильно снижается преломление любого света. Вантаблэк удерживает мировой рекорд как самое темное искусственное вещество и самый темный черный, который вы можете купить. Материал поглощает 99 процентов всего света, с которым вступает в контакт.

В Южной Корее им даже покрыли здание, чтобы создать «самое темное место на Земле», имитируя самые глубокие тайники космоса. Цель состояла в том, чтобы создать опыт погружения в темноту — глубокое темное облако черного. Трехмерные объекты, покрытые вантаблэк, выглядят как тени, которые отбрасывает объект, развернутый в профиль. Это, мягко говоря, очень интересный материал.

5. Трифторид хлора: самое горючее вещество

Трифторид хлора является самым горючим веществом из когда-либо известных человечеству. Является сильнейшим окислителем и реагирует практически со всеми химическими элементами. Трифторид хлора способен прожечь бетон и легко воспламеняет стекло! Применение трифторида хлора практически невозможно из-за его феноменальной воспламеняемости и невозможности обеспечить безопасность использования.

6. Ботулотоксин: самое ядовитое вещество

Самый сильный яд – это ботулотоксин. Мы знаем его под названием ботокс, именно так он называется в косметологии, где нашел свое основное применение.

Ботулотоксин – это химическое вещество, которое выделяют бактерии Clostridium botulinum. Помимо того, что ботулотоксин – самое ядовитое вещество, так он ещё и обладает самой большой молекулярной массой среди белков. О феноменальной ядовитости вещества говорит тот факт, что достаточно всего 0,00002 мг•мин/л ботулотоксина, чтобы на полдня сделать зону поражения смертельно опасной для человека.

7. Фторантимоновая кислота HSbF6: самая сильная суперкислота в мире

Фторантимоновая кислота является частью чрезвычайно сильной группы суперкислот в 2 × 10 19 (20 квинтиллионов) раз сильнее, чем 100% чистая серная кислота. Растворяет стекло и многие другие материалы и протонирует почти все органические соединения (например, все в вашем теле). Эта кислота хранится в PTFE (политетрафторэтиленовых) контейнерах.

8. Нитинол: металл с памятью

Предметы из нитинола — сплава титана и никеля — данное соединение обладает свойством памяти формы, возвращаясь к ней при нагревании. Если бы мы могли сделать то же самое!

9. Полоний: самое радиоактивное вещество

Полоний — одно из самых опасных веществ во всем мире. Он настолько радиоактивен, что даже находиться рядом с ним без защиты может быть опасным, если не смертельным. При нормальных условиях представляет собой мягкий радиоактивный металл серебристо-белого цвета.

10. Графеновый аэрогель: самый легкий материал на Земле

Графеновый аэрогель — самый легкий материал на Земле и, безусловно, самый легкий твердый материал, который мы знаем. Его вес составляет всего 0,16 миллиграммов на кубический сантиметр, практически легче, чем воздух. Его плотность даже ниже плотности гелия, хотя немного выше плотности водорода, самого легкого из всех газов.

Графеновый аэрогель был создан из гидрогеля, в котором жидкое содержимое заменили воздухом, в результате объем воздуха в веществе составил 99,98 процента. Вот почему он такой легкий – он пустой. В нем не так много твердых атомов, чтобы он много весил. В результате графеновый аэрогель является наименее плотным из всех известных твердых материалов.

Помимо того, что сегодня графеновый аэрогель используется в разных клеящих веществах, покрытиях и наполнителях, его также используют как легкий материал для трехмерной печати, который позволяет добиться точности. Будущее графенового аэрогеля многообещающее, и это вещество станет основным продуктом будущего для печати таких предметов, как легкие кофейные чашки или даже ювелирные изделия.

Источник https://master-pmg.ru/oborudovanie/samyj-legkij-metall-v-mire.html

Источник https://www.popmech.ru/technologies/14201-kogda-vozdukh-kazhetsya-tyazhelym/

Источник https://vseznaesh.ru/samye-neobychnye-himicheskih-veshhestva-kotorye-sushhestvuyut-na-samom-dele