Самый легкий и тяжелый металл: Какой металл самый легкий?. Физика на каждом шагу

Техники называют «легкими» все те металлы, которые легче железа в два и более раз. Самый распространенный легкий металл, применяемый в технике, – алюминий, который легче железа втрое. Еще легковеснее металл магний: он легче алюминия в 1 1 /₂ раза. В последнее время техника стала пользоваться для изделий сплавом алюминия с магнием, известным под названием «электрон». Этот сплав, по прочности не уступающий стали, легче ее в четыре раза. Самый же легкий из всех металлов – литий – в технике пока еще не применяется. Литий не тяжелее еловой древесины; брошенный в воду, он не тонет.

Если сравнить между собою самый тяжелый и самый легкий металл – иридий и литий, то окажется, что первый весит больше второго в 40 с лишком раз.

Вот удельные веса некоторых легких металлов:

Данный текст является ознакомительным фрагментом.

Продолжение на ЛитРес

Читайте также

ГЛАВА 1. ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ

ГЛАВА 1. ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ Среди множества причин, по которым я выбрала своей профессией физику, было желание сделать что?нибудь долговременное, даже вечное. Если, рассуждала я, мне предстоит вложить столько времени, энергии и энтузиазма в какое?то дело, то

С КАКОЙ ЦЕЛЬЮ ПРОВОДЯТСЯ ИЗМЕРЕНИЯ?

С КАКОЙ ЦЕЛЬЮ ПРОВОДЯТСЯ ИЗМЕРЕНИЯ? Измерения не могут быть идеальными.

3. Самый большой в мире телескоп-рефрактор

3. Самый большой в мире телескоп-рефрактор Самый большой в мире телескоп-рефрактор установлен в 1897 году в Йеркской обсерватории университета в Чикаго (США). Его диаметр D = 102 сантиметра, а фокусное расстояние — 19,5 метра. Представляете, сколько места ему надо в

Какой металл самый тяжелый?

Какой металл самый тяжелый? В обиходе свинец считается тяжелым металлом. Он тяжелее цинка, олова, железа, меди, но все же его нельзя назвать самым тяжелым металлом. Ртуть, жидкий металл, тяжелее свинца; если бросить в ртуть кусок свинца, он не потонет в ней, а будет держаться

Лёгкие металлы информация о цветных легких металлах, легкий металл — металлургия легких металлов

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

Какой самый легкий металл в мире?

По плотности металлы подразделяются на легкие и тяжелые.

Самые легкие металлы — у которых плотность менее 5 г/см3: литий, натрий, калий, магний, цезий, кальций, алюминий и барий.

Самый легкий металл — это литий 1л, его плотность составляет 0,534 г/см3. Он даже в воде не тонет. Открыл его в 1817 году химик Арфведсон. Позднее, в 1825 году Г. Дэви вывел лабораторным путем металлический литий.

Краткая характеристика лития

По внешнему виду литий похож на лед и имеет такой же серебристый оттенок. Но в отличие ото льда, литий мягкий и пластичный. Он имеет некоторые особые свойства – поскольку литий активно взаимодействует с окружающей средой, использование его в чистом виде весьма затруднительно. Чаще литий сплавляют с другими металлами, например с натрием.

• Химические источники тока, например литий-ионные аккумуляторы.
• В качестве окислителя, а так же вместе с окислителями в производстве топлива для ракет.
• В изготовлении пиротехники используется нитрат лития.
• В оптике используется фторид лития.
• В силикатной промышленности сплав лития используется в изготовлении стекла (определенного вида).
• В текстильной, фармацевтической, пищевой промышленностях используются некоторые соединения лития.
• В термоядерном оружии литий может заменить тритий.
• Различные сплавы лития могут использоваться в электронике, авиа-космической промышленности и для других целей.

Легкий, но прочный металл – титан. Различные титановые сплавы широко применяются в разных областях промышленности и технологий.

Тяжелые металлы, такие как цинк, олово, медь, свинец, железо, серебро, золото и т.д. – имеют плотность выше 5 г/см3.
А самый тяжелый металл в мире – осмий, плотность которого составляет 22.6 г/см3, далее идет иридий -22.5 – плотность этих металлов в два раза больше, чем у свинца.

Самый легкий и тяжелый металл. Какой металл самый тяжелый? Иридий: открытие, особенности, применение

Какой металл самый тяжелый?

В обиходе свинец считается тяжелым металлом. Он тяжелее цинка, олова, железа, меди, но все же его нельзя назвать самым тяжелым металлом. Ртуть, жидкий металл, тяжелее свинца; если бросить в ртуть кусок свинца, он не потонет в ней, а будет держаться на поверхности. Литровую бутылку ртути вы с трудом поднимете одной рукой: она весит без малого 14 кг.

Рекорд же тяжеловесности побивают редкие металлы – иридий и осмий: они почти втрое тяжелее железа и более чем в сто раз тяжелее пробки; понадобилось бы 110 обыкновенных пробок, чтобы уравновесить одну иридиевую или осмиевую пробку таких же размеров.

Приводим для справок удельный вес некоторых металлов:

Данный текст является ознакомительным фрагментом. Из книги автора

1911 год «Эрнест Резерфорд… произвел величайшую перемену в нашем взгляде на материю со времен Демокрита».Английский физик АРТУР ЭДДИНГТОН Что волновало ученых? Наступление на атом продолжалось с новой силой.Вспомним «пудинг с изюмом» — модель атома, которую создал

Из книги автора

ГЛАВА 1. ТЕБЕ — МАЛО, МНЕ — В САМЫЙ РАЗ Среди множества причин, по которым я выбрала своей профессией физику, было желание сделать что?нибудь долговременное, даже вечное. Если, рассуждала я, мне предстоит вложить столько времени, энергии и энтузиазма в какое?то дело, то

Из книги автора

3. Самый большой в мире телескоп-рефрактор Самый большой в мире телескоп-рефрактор установлен в 1897 году в Йеркской обсерватории университета в Чикаго (США). Его диаметр D = 102 сантиметра, а фокусное расстояние — 19,5 метра. Представляете, сколько места ему надо в

Из книги автора

Какой металл самый легкий? Техники называют «легкими» все те металлы, которые легче железа в два и более раз. Самый распространенный легкий металл, применяемый в технике, – алюминий, который легче железа втрое. Еще легковеснее металл магний: он легче алюминия в 1 1/2 раза. В

Когда речь заходит о ювелирных украшениях многие из нас грезят об ослепительной жемчужине или о бриллиантах, в зависимости от размера своего бумажника. В большинстве случаев, цепочка или оправа, которые держат саму драгоценность, играют роль второй скрипки.

Однако, существует причина, по которой ваш сосед прячет золотые монеты, а отец запирает семейное серебро в сейф. Золото и серебро являются чрезвычайно ценными материалами из-за их редкости, высокого социально-экономического значения, не реакционной способности, способности противостоять коррозии и окислительным силам. Из года в год, даже из месяца в месяц цены на эти металлы колеблются значительно.

Однако, помимо прочего, эти ценные металлы также используются в промышленных целях. К примеру, металлы платиновой группы используются для установки на лабораторное оборудование, стоматологические материалы и электронику. Драгоценные и ценные металлы также служат средством инвестиций. Важно отметить, что условная единица веса драгоценных металлов представляет собой тройскую унцию в размере 1,1 стандартной унции или 0,031 кг.

Давайте же посмотрим на самые ценные металлы в мире и поймем, что делает их такими особенными.

10. Индий

Если бы у драгоценных металлов была бы личность, то индий, вероятно, был бы плаксивым ребенком. Он очень мягкий (в прямом и переносном смысле), цвета индиго внутри (был назван в честь того, что его спектральная линия именно такого цвета) и издает своего рода «крик» при сгибании.

Индий – это редкий металл, который извлекается из цинковых, свинцовых, железных и медных руд. В своей чистой форме индий – это белый металл, который крайне податлив и очень блестящий. Впервые он широко использовался в ходе Второй мировой войны в качестве подшипников на авиационных двигателях. Индий также используется для создания устойчивых к коррозии зеркал, полупроводников, сплавов и электропроводности в различных устройствах.

В 2009 году средняя цена на индий составляла 500 долларов за килограмм (15 за тройскую унцию), крупнейшими же его производителями считаются Китай, Южная Корея и Япония. С ростом цен на индий все популярней становится его переработка и дальнейшая утилизация.

9. Серебро

Серебро – это один из самых ценных металлов на земле. Этот блестящий белый металл в своей чистой форме является самым лучшим электрическим и термальным проводником, при этом у него самое низкое сопротивление.

Вам, вероятно, известны основные области применения серебра – ювелирные изделия, монеты, фотография, различные схемы, стоматология, батареи. Что касается необычных сфер применения, серебро может использоваться для того, чтобы предотвратить распространение бактерий на поверхности мобильного телефона, убрать неприятный запах из обуви, а также избежать появления плесени на обработанной древесине.

Часто серебро используется в сплавах с медью, золотом и свинцово-цинковыми рудами. Крупнейшими производителями серебра считаются Перу, Китай, Мексика и Чили. Средняя цена на серебро составляет 432 доллара за килограмм (13,40 за тройскую унцию), хотя цены регулярно растут. В связи с большим количеством областей использования, серебро считается одним из самых ценных металлов в мире.

8. Рений

Хотя, возможно, рений не так известен, как золото и платина, серебристый рений – это один из самых плотных металлов, который занимает третье место по высоте точки плавления.

Из-за его подобных свойств, рений, открытый в 1925 году, используется в высокотемпературных газотурбинных двигателях. Этот металл также добавляется в никелевые жароустойчивые сплавы для улучшения сопротивляемости высоким температурам. Другие области применения – термопар, электроматериалы и т.д.

Рений – побочный продукт молибдена, который, по существу, является побочным продуктом добычи меди. Чили, Казахстан и США возглавляют список стран, добывающих этот ценный металл. Цены на него значительно варьируются, чего только стоит последний скачок с 2419 долларов за килограмм до 4548 долларов.

7. Палладий

В 1803 году Уильям Хайд Волластон (William Hyde Wollaston) нашел способ отделения палладия от окружающих его платиновых руд. Этот серовато-белый драгоценный металл ценится за свою редкость, пластичность, устойчивость к высоким температурам, а также из-за способности поглощать большое количество водорода при комнатной температуре.

Палладий, названный в честь греческой богини Паллады, является одним из членов группы драгоценных металлов. Его ценные свойства пользуются высоким спросом, поэтому он используется в различных отраслях промышленности: производители автомобилей полагаются на него при изготовлении каталитических нейтрализаторов, которые регулируют уровень выбросов; ювелиры используют его для создания сплавов белого золота; производители электроники обрабатывают им покрытия своих устройств, поскольку палладий обладает хорошими проводящими функциями.

Хотя за последнее время цены на палладий подскочили, однако, средняя цена составляет 8483 доллара за килограмм (263 за тройскую унцию). Почти половина палладия изготавливается в России, далее следуют Южная Африка, США, Канада и другие страны.

6. Осмий

Осмий один из самых плотных элементов на земле, он голубовато-серебристого цвета и был открыт в 1803 году Смитсоном Теннантом (Smithson Tennant). Он также обнаружил и иридий (№5 в нашем списке). До настоящего времени не разрешен спор о том, какой из этих металлов более тяжелый (осмий или иридий).

Редко встречаемый осмий, как правило, находят в рудах других металлов платиновой группы, добывается он в некоторых регионах России, Северной и Южной Америки. Цена на него в среднем составляет 12700 долларов за килограмм.

Этот очень твердый металл имеет крайне высокую температуру плавления, поэтому обращаться с ним не так-то легко. По большей части осмий используется для упрочнения сплавов из платины в электрических контактах, волокнах и в других целях. Стоит отметить, что существуют опасности, связанные с обработкой осмия, поскольку он выделяет токсичные оксиды, которые могут спровоцировать появление раздражения на коже и повредить глаза.

5. Иридий

Этот металл, безусловно, является самым экстремальным членом платиновой группы. Он белого цвета, обладает удивительно высокой температурой плавления, является одним из самых плотных элементов и самым устойчивым к коррозии металлом. Вода, воздух, кислоты не имеют никакого реального воздействия на иридий.

Из-за подобных его свойств, он крайне сложно добывается и еще сложнее обрабатывается. Большую его часть поставляет Южная Африка, добывается он из платиновых руд и выступает в качестве побочного продукта добычи никеля. Средняя его цена за килограмм – 13548 долларов. Его уникальные черты позволяют этому твердому металлу вносить свой вклад в достижения в области медицины, электроники, автомобилестроения. Даже ювелиры пытаются использовать иридий в некоторых своих эксклюзивных творениях.

4. Рутений

Рутений, яркий серый металл, был открыт в 1844 году русским ученым Карлом Карловичем Клаусом. Этот член платиновой группы сохраняет многие характеристики своих «коллег», в том числе твердость, редкость и устойчивость к воздействию внешних элементов. При этом, плавится рутений при температуре 800 градусов Цельсия.

Рутений находится в аналогичных рудах платиновой группы в регионах России, Северной и Южной Америки, Канады. Цены на этот металл варьируются, в среднем он стоит 13548 долларов за килограмм (420 за тройскую унцию).

После сложного процесса химической обработки, металл может быть выделен и использован в различных целях. Его добавляют в сплав платины и палладия в целях повышения твердости (в ювелирных украшениях) и для лучшего сопротивления (с агрессивными компонентами, особенно с титаном). Рутений также стал весьма популярным в области электроники, как способ повышения эффективности электрических контактов.

3. Золото

Золото всегда было заветным товаром, оно заманивало всех – от египтян, которые украшали им древние гробы до золотоискателей 19 века, которые обследовали каждый кусочек побережья Калифорнии в поисках самородков.

Из-за его всеобщей желательности, прочности и пластичности, золото остается одним из самых популярных металлов, в том числе и для инвестиций. Средняя цена на золото в 2009 году составляла 30645 долларов за килограмм (950 за унцию), однако всего за год цена подскочила до 40290 долларов.

Крупнейшие шахты по добыче золота расположены в Южной Африке, США, Австралии и Китае. Обычно золото отделяется от окружающих его пород и минералов при помощи панорамирования, после чего оно становится готовым к различным химическим реакциям и плавке.

Помимо использования в ювелирных изделиях, его также применяют и в промышленности. Благодаря его проводимости, оно часто становится частью различных электроприборов, а его отражающая поверхность позволяет использовать его в защищающих от излучения щитах и для производства офисных окон.

2. Платина

Средняя цена на этот ослепительный серебристый металл составляет 38290 долларов за килограмм. Добываемая в большей степени в Южной Африке, России и Канаде, платина сделала себе имя благодаря своей гибкости, плотности и неагрессивным свойствам. Кроме того, как и палладий, платина может поглощать большое количество водорода.

Этот ценный металл стал широко применяться в ювелирной промышленности за его блестящий вид и хорошее сопротивление. Также платина используется в таких областях, как стоматология, аэронавтика и в производстве оружия.

1. Родий

Родий является одним из ценнейших металлов в мире. Этот блестящий, серебристого цвета металл обладает замечательными отражательными свойствами, именно поэтому его используют в производстве фар, зеркал и в финальной обработке ювелирных изделий.

Кроме того, родий очень ценен в автомобильной промышленности. Однако, за свою высокую температуру плавления, способность противостоять коррозии родий является важным элементом и в других отраслях промышленности. Этот чрезвычайно редкий и ценный металл добывается только в некоторых регионах. Около 60 процентов родия поставляет Южная Африка, далее следует Россия. Хотя на протяжении многих лет цена на этот металл снижается, он по-прежнему остается самым дорогим из существующих в настоящее время ценных металлов – средняя его цена составляет 46516 долларов за килограмм.

Осмий VS Иридий

Споры о том, какой из двух элементов таблицы Менделеева является более тяжелым, до сих пор не стихают. За это право состязаются два самых тяжелых элемента таблицы — Осмий (76) и Иридий (77). Плотность обоих элементов приблизительно равна 22,6 г/см 3 .

В отличие от явного лидера, среди лёгких металлов — с тяжелыми не всё так просто. Потому рассмотрим оба этих металла.

Больше двух столетий прошло с тех пор, как появились первые сведения о платине – белом металле из Южной Америки. Долгое время люди были уверены, что это чистый металл, так же, как золото. Только в самом начале XIX в. Волластон сумел выделить из самородной платины палладий и родий, а в 1804 г. Теннант, изучая черный осадок, оставшийся после растворения самородной платины в царской водке, нашел в нем еще два элемента. Один из них он назвал осмием, а второй – иридием. Соли этого элемента в разных условиях окрашивались в различные цвета. Это свойство и было положено в основу названия: по-гречески слово ιρις, значит «радуга».

В 1841 г. известный русский химик профессор Карл Карлович Клаус занялся исследованием так называемых платиновых остатков, т.е. нерастворимого осадка, остающегося после обработки сырой платины царской водкой. «При самом начале работы, – писал Клаус, – я был удивлен богатством моего остатка, ибо извлек из него, кроме 10% платины, немалое количество иридия, родия, осмия, несколько палладия и смесь различных металлов особенного содержания»…

Клаус сообщил горному начальству о богатстве остатков. Власти заинтересовались открытием казанского ученого, которое сулило значительные выгоды. Из платины в то время чеканили монету, и получение драгоценного металла из остатков казалось очень перспективным. Через год Петербургский монетный двор выделил Клаусу полпуда остатков. Но они оказались бедными платиной, и ученый решил провести на них исследование, «интересное для науки».

«Два года, – писал Клаус, – занимался я постоянно этим трудным, продолжительным и даже вредным для здоровья исследованием» и в 1845 г. опубликовал работу «Химическое исследование остатков уральской платиновой руды и металла рутения». Это было первое систематическое исследование свойств аналогов платины. В нем впервые были описаны и химические свойства иридия.

Клаус отмечал, что иридием он занимался больше, чем другими металлами платиновой группы. В главе об иридии он обратил внимание на неточности, допущенные Берцелиусом при определении основных констант этого элемента, и объяснил эти неточности тем, что маститый ученый работал с иридием, содержащим примесь рутения, тогда еще не известного химикам и открытого лишь в ходе «химического исследования остатков уральской платиновой руды и металла рутения».

Какой же он, иридий?

Атомная масса элемента №77 равна 192,2. В таблице Менделеева он находится между осмием и платиной. И в природе он встречается главным образом в виде осмистого иридия – частого спутника самородной платины. Самородного иридия в природе нет.

Иридий – серебристо-белый металл, очень твердый, тяжелый и прочный. По данным фирмы «Интернейшнл Никель и Ко», это самый тяжелый элемент: его плотность 22,65 г/см 3 , а плотность его постоянного спутника – осмия, второго по тяжести 22,61 г/см 3 . Правда, большинство исследователей придерживаются иной точки зрения: они считают, что иридий все-таки немного легче осмия.

Естественное свойство иридия (он же платиноид!) – высокая коррозионная стойкость. На него не действуют кислоты ни при нормальной, ни при повышенной температуре. Даже знаменитой царской водке монолитный иридий «не по зубам». Только расплавленные щелочи и перекись натрия вызывают окисление элемента №77.

Иридий стоек к действию галогенов. Он реагирует с ними с большим трудом и только при повышенной температуре. Хлор образует с иридием четыре хлорида: IrCl, IrCl 2 , IrCl 3 и IrCl 4 . Треххлористый иридий получается легче всего из порошка иридия, помещенного в струю хлора при 600°C. Единственное галоидное соединение, в котором иридий шестивалентен, – это фторид IrF 6 . Тонкоизмельченный иридий окисляется при 1000°C и в струе кислорода, причем в зависимости от условий могут получаться несколько соединений разного состава.

Как и все металлы платиновой группы, иридий образует комплексные соли. Среди них есть и соли с комплексными катионами, например Cl 3 и соли с комплексными анионами, например K 3 · 3H 2 O. Как комплексообразователь иридий похож на своих соседей по таблице Менделеева.

Чистый иридий получают из самородного осмистого иридия и из остатков платиновых руд (после того как из них извлечены платина, осмий, палладий и рутений). О технологии получения иридия распространяться не будем, отослав читателя к статьям «Родий», «Осмий» и «Платина».

Иридий получают в виде порошка, который затем прессуют в полуфабрикаты и сплавляют или же порошок переплавляют в электрических печах в атмосфере аргона. Чистый иридий в горячем состоянии можно ковать, однако при обычной температуре он хрупок и не поддается никакой обработке.

Из чистого иридия делают тигли для лабораторных целей и мундштуки для выдувания тугоплавкого стекла. Можно, конечно, использовать иридий и в качестве покрытия. Однако здесь встречаются трудности. Обычным электролитическим способом иридий на другой металл наносится с трудом, и покрытие получается довольно рыхлое. Наилучшим электролитом был бы комплексный гексахлорид иридия, однако он неустойчив в водном растворе, и даже в этом случае качество покрытия оставляет желать лучшего.

Разработан метод получения иридиевых покрытий электролитическим путем из расплавленных цианидов калия и натрия при 600°C. В этом случае образуется плотное покрытие толщиной до 0,08 мм.

Менее трудоемко получение иридиевых покрытий методом плакирования. На основной металл укладывают тонкий слой металла-покрытия, а затем этот «бутерброд» идет под горячий пресс. Таким образом получают вольфрамовую и молибденовую проволоку с иридиевым покрытием. Заготовку из молибдена или вольфрама вставляют в иридиевую трубку и проковывают в горячем состоянии, а затем волочат до нужной толщины при 500…600°C. Эту проволоку используют для изготовления управляющих сеток в электронных лампах.

Можно наносить иридиевые покрытия на металлы и керамику химическим способом. Для этого получают раствор комплексной соли иридия, например с фенолом или каким-либо другим органическим веществом. Такой раствор наносят на поверхность изделия, которое затем нагревают до 350…400°C в контролируемой атмосфере, т.е. в атмосфере с регулируемым окислительно-восстановительным потенциалом. Органика в этих условиях улетучивается, или выгорает, а слой иридия остается на изделии.

Но покрытия – не главное применение иридия. Этот металл улучшает механические и физико-химические свойства других металлов. Обычно его используют, чтобы повысить их прочность и твердость. Добавка 10% иридия к относительно мягкой платине повышает ее твердость и предел прочности почти втрое. Если же количество иридия в сплаве увеличить до 30%, твердость сплава возрастет ненамного, но зато предел прочности увеличится еще вдвое – до 99 кг/мм 2 . Поскольку такие сплавы обладают исключительной коррозионной стойкостью, из них делают жаростойкие тигли, выдерживающие сильный нагрев в агрессивных средах. В таких тиглях выращивают, в частности, кристаллы для лазерной техники. Платино-иридиевые сплавы привлекают и ювелиров – украшения из этих сплавов красивы и почти не изнашиваются. Из платино-иридиевого сплава делают также эталоны, иногда – хирургический инструмент.

В будущем сплавы иридия с платиной могут приобрести особое значение в так называемой слаботочной технике как идеальный материал для контактов. Каждый раз, когда происходит замыкание и размыкание обычного медного контакта, возникает искра; в результате поверхность меди довольно быстро окисляется. В контакторах для сильных токов, например для электродвигателей, это явление не очень вредит работе: поверхность контактов время от времени зачищают наждачной бумагой, и контактор вновь готов к работе. Но, когда мы имеем дело со слаботочной аппаратурой, например в технике связи, тонкий слой окиси меди весьма сильно влияет на всю систему, затрудняет прохождение тока через контакт. А именно в этих устройствах частота включений бывает особенно большой – достаточно вспомнить АТС (автоматические телефонные станции). Вот здесь-то и придут на помощь необгорающие платино-иридиевые контакты – они могут работать практически вечно! Жаль только, что эти сплавы очень дороги и пока их недостаточно.

Иридий добавляют не только к платине. Небольшие добавки элемента №77 к вольфраму и молибдену увеличивают прочность этих металлов при высокой температуре. Мизерная добавка иридия к титану (0,1%) резко повышает его и без того значительную стойкость к действию кислот. То же относится и к хрому. Термопары, состоящие из иридия и сплава иридия с родием (40% родия), надежно работают при высокой температуре в окислительной атмосфере. Из сплава иридия с осмием делают напайки для перьев авторучек и компасные иглы.

Резюмируя, можно сказать, что металлический иридий применяют главным образом из-за его постоянства – постоянны размеры изделий из металла, его физические и химические свойства, причем, если можно так выразиться, постоянны на высшем уровне.

Запасы на Земле

Как и другие металлы VIII группы, иридий может быть использован в химической промышленности в качестве катализатора. Иридиево-никелевые катализаторы иногда применяют для получения пропилена из ацетилена и метана. Иридий входил в состав платиновых катализаторов реакции образования окислов азота (в процессе получения азотной кислоты). Один из окислов иридия, IrO 2 , пытались применять в фарфоровой промышленности в качестве черной краски. Но слишком уж дорога эта краска…

Запасы иридия на Земле невелики, его содержание в земной коре исчисляется миллионными долями процента. Невелико и производство этого элемента – не больше тонны в год. Во всем мире!

В связи с этим трудно предположить, что со временем в судьбе иридия наступят разительные перемены – он навсегда останется редким и дорогим металлом. Но там, где его применяют, он служит безотказно, и в этой уникальной надежности залог того, что наука и промышленность будущего без иридия не обойдутся.

Во многих химических и металлургических производствах, например в доменном, очень важно знать уровень твердых материалов в агрегатах. Обычно для такого контроля используют громоздкие зонды, подвешиваемые на специальных зондовых лебедках. В последние годы зонды стали заменять малогабаритными контейнерами с искусственным радиоактивным изотопом – иридием-192. Ядра 192 Ir испускают гамма-лучи высокой энергии; период полураспада изотопа равен 74,4 суток. Часть гамма-лучей поглощается шихтой, и приемники излучения фиксируют ослабление потока. Последнее пропорционально расстоянию, которое проходят лучи в шихте. Иридий-192 с успехом применяют и для контроля сварных швов; с его помощью па фотопленке четко фиксируются все непроваренные места и инородные включения. Гамма-дефектоскопы с иридием-192 используют также для контроля качества изделий из стали и алюминиевых сплавов.

Эффект Мёссбауэра

В 1958 г. молодой физик из ФРГ Рудольф Мёссбауэр сделал открытие, обратившее на себя внимание всех физиков мира. Открытый Мёссбауэром эффект позволил с поразительной точностью измерять очень слабые ядерные явления. Через три года после открытия, в 1961 г. , Мёссбауэр получил за свою работу Нобелевскую премию. Впервые этот эффект обнаружен на ядрах изотопа иридий-192.

Сердце бьется активнее

Одно из наиболее интересных применений платино-иридиевых сплавов за последние годы – изготовление из них электрических стимуляторов сердечной деятельности. В сердце больного стенокардией вживляют электроды с платино-иридиевыми зажимами. Электроды соединены с приемником, который тоже находится в теле больного. Генератор же с кольцевой антенной находится снаружи, например в кармане больного. Кольцевая антенна крепится на теле напротив приемника. Когда больной чувствует, что наступает приступ стенокардии, он включает генератор. В кольцевую антенну поступают импульсы, которые передаются в приемник, а от него – на платино-придиевые электроды. Электроды, передавая импульсы на нервы, заставляют сердце биться активнее. Сейчас в СССР многие станции скорой помощи оборудованы подобными генераторами. В случае остановки сердца делают надрез ключичной вены, вводят в нее соединенный с генератором электрод, включают генератор, и через несколько минут сердце вновь начинает работать.

Изотопы – стабильные и нестабильные

В предыдущих заметках довольно много говорилось о радиоизотопе иридий-192, применяемом в многочисленных приборах и даже причастном к важному научному открытию. Но, кроме иридия-192, у этого элемента есть еще 14 радиоактивных изотопов с массовыми числами от 182 до 198. Самый тяжелый изотоп в то же время – самый короткоживущий, его период полураспада меньше минуты. Изотоп иридий-183 интересен лишь тем, что его период полураспада – ровно один час. Стабильных же изотопов у иридия всего два. На долю более тяжелого – иридия-193 в природной смеси приходится 62,7%. Доля легкого иридия-191 соответственно 37,3%.

Полезные хлориридаты

Хлориридатами называют комплексные хлориды четырехвалентного иридия; общая их формула Me 2 . Благодаря хлориридатам можно в принципе уверенно разделять соединения таких похожих элементов, как натрий и калий. Хлориридат натрия растворим в воде, а хлориридат калия – практически нерастворим. Но для такой операции хлориридаты слишком дороги, так как дорог исходный иридий. Это не значит однако, что хлориридаты вообще бесполезны. Способность иридия образовывать эти соединения используют для выделения элемента №77 из смеси платиновых металлов.

Если с точки зрения практики элемент №76 среди прочих платиновых металлов выглядит достаточно заурядно, то с точки зрения классической химии (подчеркиваем, классической неорганической химии, а не химии комплексных соединений) этот элемент весьма знаменателен.

Прежде всего, для него, в отличие от большинства элементов VIII группы, характерна валентность 8+, и он образует с кислородом устойчивую четырехокись OsO 4 . Это своеобразное соединение, и, видимо, не случайно элемент №76 получил название, в основу которого положено одно из характерных свойств его четырехокиси.

Осмий обнаруживают по запаху

Подобное утверждение может показаться парадоксальным: ведь речь идет не о галогене, а о платиновом металле…

История открытия четырех из пяти платиноидов связана с именами двух английских ученых, двух современников. Уильям Волластон в 1803…1804 гг. открыл палладий и родий, а другой англичанин, Смитсон Теннант (1761…1815), в 1804 г. – иридий и осмий. Но если Волластон оба «свои» элемента нашел в той части сырой платины, которая растворялась в царской водке, то Теннанту повезло при работе с нерастворимым остатком: как оказалось, он представлял собой естественный природный сплав иридия с осмием.

Тот же остаток исследовали и три известных французских химика – Колле-Дескоти, Фуркруа и Воклен. Они начали свои исследования даже раньше Теннанта. Как и он, они наблюдали выделение черного дыма при растворении сырой платины. Как и он, они, сплавив нерастворимый остаток с едким кали, сумели получить соединения, которые все-таки удавалось растворить. Фуркруа и Воклен были настолько убеждены, что в нерастворимом остатке сырой платины есть новый элемент, что заранее дали ему имя – птен – от греческого πτηνος – крылатый. Но только Теннанту удалось разделить этот остаток и доказать существование двух новых элементов – иридия и осмия.

Название элемента №76 происходит от греческого слова οσμη, что означает «запах». Неприятный раздражающий запах, похожий одновременно на запахи хлора и чеснока, появлялся, когда растворяли продукт сплавления осмиридия со щелочью. Носителем этого запаха оказался осмиевый ангидрид, или четырехокись осмия OsO 4 . Позже выяснилось, что так же скверно, хотя и значительно слабее, может пахнуть и сам осмий. Тонкоизмельченный, он постепенно окисляется на воздухе, превращаясь в OsO 4 …

Осмий – оловянно-белый металл с серовато-голубым оттенком. Это самый тяжелый из всех металлов (его плотность 22,6 г/см 3) и один из самых твердых. Тем не менее осмиевую губку можно растереть в порошок, поскольку он хрупок. Плавится осмий при температуре около 3000°C, а температура его кипения до сих пор точно не определена. Полагают, что она лежит где-то около 5500°C.

Большая твердость осмия (7,0 по шкале Мооса), пожалуй, то из его физических свойств, которое используют наиболее широко. Осмий вводят в состав твердых сплавов, обладающих наивысшей износостойкостью. У дорогих авторучек напайку на кончик пера делают из сплавов осмия с другими платиновыми металлами или с вольфрамом и кобальтом. Из подобных же сплавов делают небольшие детали точных измерительных приборов, подверженные износу. Небольшие – потому что осмий мало распространен (5·10 –6 % веса земной коры), рассеян и дорог. Этим же объясняется ограниченное применение осмия в промышленности. Он идет лишь туда, где при малых затратах металла можно получить большой эффект. Например, в химическую промышленность, которая пытается использовать осмий как катализатор. В реакциях гидрогенизации органических веществ осмиевые катализаторы даже эффективнее платиновых.

Несколько слов о положении осмия среди прочих платиновых металлов. Внешне он мало от них отличается, но именно у осмия самые высокие температуры плавления и кипения среди всех металлов этой группы, именно он наиболее тяжел. Его же можно считать наименее «благородным» из платиноидов, поскольку кислородом воздуха он окисляется уже при комнатной температуре (в мелкораздробленном состоянии). А еще осмий – самый дорогой из всех платиновых металлов. Если в 1966 г. платина ценилась на мировом рынке в 4,3 раза дороже, чем золото, а иридий – в 5,3, то аналогичный коэффициент для осмия был равен 7,5.

Как и прочие платиновые металлы, осмий проявляет несколько валентностей: 0, 2+, 3+, 4+, 6+ и 8 +. Чаще всего можно встретить соединения четырех- и шестивалентного осмия. Но при взаимодействии с кислородом он проявляет валентность 8+.

Как и прочие платиновые металлы, осмий – хороший комплексообразователь, и химия соединений осмия не менее разнообразна, чем, скажем, химия палладия или рутения.

Ангидрид и другие

Несомненно, самым важным соединением осмия остается его четырехокись OsO 4 , пли осмиевый ангидрид. Как и элементарный осмий, OsO 4 обладает каталитическими свойствами; OsO 4 применяют при синтезе важнейшего современного лекарственного препарата – кортизона. При микроскопических исследованиях животных и растительных тканей четырехокись осмия используют как окрашивающий препарат. OsO 4 очень ядовит, он сильно раздражает кожу, слизистые оболочки и особенно вреден для глаз. Любая работа с этим полезным веществом требует чрезвычайной осторожности.

Внешне чистая четырехокись осмия выглядит достаточно обычно – бледно-желтые кристаллы, растворимые в воде и четыреххлористом углероде. При температуре около 40°C (есть две модификации OsO 4 с близкими точками плавления) они плавятся, а при 130°C четырехокись осмия закипает.

Другой окисел осмия – OsO 2 – нерастворимый в воде черный порошок – практического значения не имеет. Также не нашли пока практического применения и другие известные соединения элемента №76 – его хлориды и фториды, иодиды и оксихлориды, сульфид OsS 2 и теллурид OsTe 2 – черные вещества со структурой пирита, а также многочисленные комплексы и большинство сплавов осмия. Исключение составляют лишь некоторые сплавы элемента №76 с другими платиновыми металлами, вольфрамом и кобальтом. Главный их потребитель – приборостроение.

Как получают осмий

Самородный осмий в природе не найден. Он всегда связан в минералах с другим металлом платиновой группы – иридием. Существует целая группа минералов осмистого иридия. Самый распространенный из них – невьянскит, природный сплав этих двух металлов. Иридия в нем больше, поэтому невьянскит часто называют просто осмистым иридием. Зато другой минерал – сысертскит – называют иридистым осмием – в нем больше осмия… Оба эти минерала – тяжелые, с металлическим блеском, и это не удивительно – таков их состав. И само собой разумеется, все минералы группы осмистого иридия очень редки.

Иногда эти минералы встречаются самостоятельно, чаще же осмистый иридий входит в состав самородной сырой платины. Основные запасы этих минералов сосредоточены в СССР (Сибирь, Урал), США (Аляска, Калифорния), Колумбии, Канаде, странах Южной Африки.

Естественно, что добывают осмий совместно с платиной, но аффинаж осмия существенно отличается от способов выделения других платиновых металлов. Все их, кроме рутения, осаждают из растворов, осмий же получают отгонкой его относительно летучей четырехокиси.

Но прежде чем отгонять OsO 4 , нужно отделить от платины осмистый иридий, а затем разделить иридий и осмий.

Когда платину растворяют в царской водке, минералы группы осмистого иридия остаются в осадке: даже этот из всех растворителей растворитель не может одолеть эти устойчивейшие природные сплавы. Чтобы перевести их в раствор, осадок сплавляют с восьмикратным количеством цинка – этот сплав сравнительно просто превратить в порошок. Порошок спекают с перекисью бария BaO 3 , а затем полученную массу обрабатывают смесью азотной и соляной кислот непосредственно в перегонном аппарате – для отгонки OsO 4 .

Ее улавливают щелочным раствором и получают соль состава Na 2 OsO 4 . Раствор этой соли обрабатывают гипосульфитом, после чего осмий осаждают хлористым аммонием в виде соли Фреми Cl 2 . Осадок промывают, фильтруют, а затем прокаливают в восстановительном пламени. Так получают пока еще недостаточно чистый губчатый осмий.

Затем его очищают, обрабатывая кислотами (HF и HCl), и довосстанавливают в электропечи в струе водорода. После охлаждения получают металл чистотой до 99,9% O 3 .

Такова классическая схема получения осмия – металла, который применяют пока крайне ограниченно, металла очень дорогого, но достаточно полезного.

Чем больше, тем… больше

Природный осмий состоит из семи стабильных изотопов с массовыми числами 184, 186…190 и 192. Любопытная закономерность: чем больше массовое число изотопа осмия, тем больше он распространен. Доля самого легкого изотопа, осмия-184, – 0,018%, а самого тяжелого, осмия-192, – 41%. Из искусственных радиоактивных изотопов элемента №76 самый долгоживущий – осмий-194 с периодом полураспада около 700 дней.

Карбонилы осмия

В последние годы химиков и металлургов все больше интересуют карбонилы – соединения металлов с СО, в которых металлы формально нульвалентны. Карбонил никеля уже довольно широко применяется в металлургии, и это позволяет надеяться, что и другие подобные соединения со временем смогут облегчить получение тех или иных ценных материалов. Для осмия сейчас известны два карбонила. Пентакарбонил Os(CO) 5 – в обычных условиях бесцветная жидкость (температура плавления – 15°C). Получают его при 300°C и 300 атм. из четырехокиси осмия и угарного газа. При обычных температуре и давлении Os(CO) 5 постепенно переходит в другой карбонил состава Os 3 (CO) 12 – желтое кристаллическое вещество, плавящееся при 224°C. Интересно строение этого вещества: три атома осмия образуют равносторонний треугольник с гранями длиной 2,88 Ǻ, а к каждой вершине этого треугольника присоединены по четыре молекулы СО.

Фториды спорные и бесспорные

«Фториды OsF 4 , OsF 6 , OsF 8 образуются из элементов при 250…300°C… OsF 8 – самый летучий из всех фторидов осмия, т. кип. 47,5°»… Эта цитата взята из III тома «Краткой химической энциклопедии», выпущенного в 1964 г. Но в III томе «Основ общей химии» Б.В. Некрасова, вышедшем в 1970 г., существование октафторида осмия OsF 8 отвергается. Цитируем: «В 1913 г. были впервые получены два летучих фторида осмия, описанные как OsF 6 и OsF 8 . Так и считалось до 1958 г., когда выяснилось, что в действительности они отвечают формулам OsF 5 и OsF 6 . Таким образом, 45 лет фигурировавший в научной литературе OsF 8 на самом деле никогда не существовал. Подобные случаи «закрытия» ранее описанных соединений встречаются не так уж редко».

Заметим, что и элементы тоже иногда приходится «закрывать»… Остается добавить, что, помимо упомянутых в «Краткой химической энциклопедии», был получен еще один фторид осмия – нестойкий OsF 7 . Это бледно-желтое вещество при температуре выше –100°C распадается на OsF 6 и элементарный фтор.

По материалам n-t.ru

Если вы думаете, что самый тяжелый металл на Земле — это ртуть, то вы ошибаетесь! Дело в том, что на сей день есть два главных кандидата на эту «должность»: Осмий (Os), имеющий атомную массу 76, а также иридий (Ir), обладающий атомным весом 77. Оба металла относятся к группе платиноидов, а потому (что вполне логично) имеют крайне высокую плотность. Говоря откровенно, сложно сказать, какой самый тяжелый металл: учитывая все погрешности, можно считать, что их масса разнится на тысячные доли.

Если говорить об иридии, то этот замечательный металл был обнаружен еще в далеком 1803 году. Принадлежит это великое открытие англичанину по имени Смитсон Теннат. Несложно понять, что впервые следы этого металла сей талантливый химик обнаружил как раз в полиметаллической руде, содержащей свинец, платину, серебро… а также иридий. Само название этого вещества, которое претендует на звание «самый тяжелый металл в мире» можно перевести с древнегреческого наречия как «радуга».

Где содержится иридий

Нужно сказать, что находка эта была бы уникальной даже для нашего времени, так как в земной коре иридия содержатся ничтожно малые доли, тогда как намного чаще его находят в местах падения метеоритов. Но ученые говорят, что сей самый тяжелый металл мог бы быть распространен на поверхности нашей планеты в куда больших объемах, если бы не его атомарная масса. Считается, что во время зарождения Земли большая его часть попросту «уплыла» в направлении земного ядра, продавливая мягкую на то время породу своей массой.

Особенности иридия

Особенность сего тяжелого металла в том, что он невероятно сложно поддается любой обработке и обладает впечатляющей химической инертностью. Даже если опустить кусок иридия в знаменитую «царскую водку», то он не обратит на это ни малейшего внимания! Изотоп иридия «192m2» широко распространен в промышленности. Особенно широко этот самый тяжелый металл используется палеонтологами, которые используют его для определения найденных в толще земли артефактов искусственного происхождения.

Кстати, осмий был открыт в 1804 году, то есть ровно на год позже открытия иридия. Как и в предыдущем случае, был обнаружен в полиметаллической руде. Обнаружили его случайно: в растворе царской водки и руды остался какой-то осадок, которого там быть не могло. Осмий, ничем в том не отличаясь от своего «собрата», практически невозможно подвергнуть механической обработке. Он также часто встречается в метеоритах, но и на самой земле его немало: есть довольно крупные месторождения в нашей стране и в США, а наиболее крупная его добыча ведется в ЮАР. Этот самый тяжелый металл чаще всего применяют в производстве ламп накаливания и иных приборов, в которых необходимы тугоплавкие материалы. Из-за исключительной прочности используется он и для производства лучших хирургических инструментов.

Использование осмия

Чаще всего в промышленности и науке используется изотоп осмия 187. Его часто применяют для определения возраста метеоритов железной природы. Кстати, в отличие от «натурального» осмия единственное его месторождение есть в Казахстане, причем из-за его редкости один грамм данного вещества стоит более десятка тысяч долларов.

В настоящее время уже известно 126 химических элементов. Но самыми тяжелыми среди них принято считать Осмий (Os) и Иридий (Ir). Оба эти элемента являются переходными металлами и принадлежат к группе платины. Их порядковые номера в Периодической системе И.П. Менделеева 76 и 77 соответственно. Являясь очень твердыми, оба металла по плотности можно сравнить между собой. Это обусловлено тем, что значения плотности были выведены чисто теоретически (22,562 г/см³ (Ir) и 22,587 г/см³ (Os)). А при подобных вычислениях всегда существует погрешность (± 0,009 г/см³ для обоих расчетов).

История открытия

Открытие этих элементов связано с именем английского ученого С. Теннанта. В 1803г. он изучал свойства платины. И при проведении реакции этого металла на смесь кислот («царскую водку») был выделен нерастворимый осадок, состоявший из примесей. Изучая эту субстанцию, С. Теннант и выделил новые элементы, названные им «иридий» и «осмий».
Название «иридий» («радуга») элемент получил за то, что у его солей встречались разнообразные расцветки. А «осмий» («запах») был так назван благодаря резкому, близкому к озону, запаху оксида осмия OsO4.

Как осмий, так и иридий практически не поддаются обработке. Имеют очень высокую температуру плавления. В компактной форме они не вступают в реакции с активными средами, такими как кислоты, щелочи или смеси кислот. Эти свойства наблюдаются у осмия при температурах до 100°C, а у иридия – до 400°C.

Распространение

Наиболее часто добываемая форма этих элементов — осмистый иридий. Этот сплав в основном встречается в местах разработки природной платины и золота. Еще одним местом, где часто находят иридий и осмий, являются железные метеориты. Осмий без иридия в природе практически не встречается. Тогда как иридий находят в сочетаниях с другими металлами. Например, в соединениях с рутением или родием. Однако при этом иридий остается одним из самых нераспространенных химических элементов на нашей планете. Его промышленная добыча в мире не превышает 3 тонн в год.
На данный момент регионы, являющиеся основными источниками добычи иридия и осмия считаются Калифорния, Аляска (США), Сибирь (Россия), Бушвельд (ЮАР), Австралия, Новая Гвинея, Канада.

Фото самых тяжелых металлов

Видео самых тяжелых металлов

Самый тяжелый металл | Рекорды мира

В настоящее время уже известно 126 химических элементов. Но самыми тяжелыми среди них принято считать Осмий (Os) и Иридий (Ir). Оба эти элемента являются переходными металлами и принадлежат к группе платины. Их порядковые номера в Периодической системе И.П. Менделеева 76 и 77 соответственно. Являясь очень твердыми, оба металла по плотности можно сравнить между собой. Это обусловлено тем, что значения плотности были выведены чисто теоретически (22,562 г/см³ (Ir) и 22,587 г/см³ (Os)). А при подобных вычислениях всегда существует погрешность (± 0,009 г/см³ для обоих расчетов).

История открытия

Открытие этих элементов связано с именем английского ученого С. Теннанта. В 1803г. он изучал свойства платины. И при проведении реакции этого металла на смесь кислот («царскую водку») был выделен нерастворимый осадок, состоявший из примесей. Изучая эту субстанцию, С. Теннант и выделил новые элементы, названные им «иридий» и «осмий».
Название «иридий» («радуга») элемент получил за то, что у его солей встречались разнообразные расцветки. А «осмий» («запах») был так назван благодаря резкому, близкому к озону, запаху оксида осмия OsO4.

Свойства

Как осмий, так и иридий практически не поддаются обработке. Имеют очень высокую температуру плавления. В компактной форме они не вступают в реакции с активными средами, такими как кислоты, щелочи или смеси кислот. Эти свойства наблюдаются у осмия при температурах до 100°C, а у иридия – до 400°C.

Распространение

Наиболее часто добываемая форма этих элементов — осмистый иридий. Этот сплав в основном встречается в местах разработки природной платины и золота. Еще одним местом, где часто находят иридий и осмий, являются железные метеориты. Осмий без иридия в природе практически не встречается. Тогда как иридий находят в сочетаниях с другими металлами. Например, в соединениях с рутением или родием. Однако при этом иридий остается одним из самых нераспространенных химических элементов на нашей планете. Его промышленная добыча в мире не превышает 3 тонн в год.
На данный момент регионы, являющиеся основными источниками добычи иридия и осмия считаются Калифорния, Аляска (США), Сибирь (Россия), Бушвельд (ЮАР), Австралия, Новая Гвинея, Канада.

Фото самых тяжелых металлов

Видео самых тяжелых металлов

Возможно, вам понравятся следующие статьи

Металлы тяжелые — Справочник химика 21

Плотность металлов изменяется в широких пределах. Самый легкий из них (литий) имеет плотность 0,53 г/см , самый тяжелый (осмий) —22,5 г/см . Почти все металлы тяжелее воды. Металлы, имеющие плотность менее 3 г/см , называют легкими, а имеющие плотность 8—10 г/см и более — тяжелыми. К первым относятся, например, магиий и алюминий, ко вторым — серебро, свинец, ртуть. [c.166]

Свинец — темно-серый мягкий металл, тяжелый, с невысокой температурой плавления и типичной для металлов электрической проводимостью. [c.275]

Металлам присущи характерные признаки, проявляющиеся, как правило, одновременно. Почти все металлы тяжелее воды, твердые вещества в компактном состоянии. Им присущ так называемый металлический блеск. Большинство из них — серые или белые, но медь, цезий и золото — красного или желтого цвета В высокодисперсном состоянии металлы обычно имеют черный цвет и не блестят. [c.318]

Актиноиды — металлы тяжелые. Плотность их возрастает от тория к нептунию, а затем падает. Металлы с порядковыми номерами 97 и выше в чистом виде еще не получены. [c.63]

Графит и дизельное топливо Сульфированная жирная кислота Жирная кислота Спирт с длинной цепью Мыло тяжелого металла Тяжелый алкилат Нефтяной сульфонат Детергент марки X для бурового раствора Детергент марки раствора Детергент марки раствора Силикат [c.336]

Р. используют, наряду с указанными выше областями применения, при получении азота и кислорода из воздуха (см. Воздуха разделение), ряда чистых металлов, тяжелой воды, в пром-сти орг. синтеза и др. В лаб. практике применяют в осн. те же, что и в пром-сти, способы Р., проводимой в [c.235]

Накопление тяжелых металлов Тяжелые металлы в воде, в донных отложениях, а также в гидробионтах Методы спектрального анализа [c.453]

Серебристо-белый металл тяжелый, низкоплавкий, мягкий, ковкий. Во влажном воздухе покрывается устойчивой оксидной пленкой. Не реагирует со щелочами. Восстановитель реагирует с водяным паром, сильными кислотами, [c. 305]

Серебристо-белый металл тяжелый, мягкий, радиоактивный. Реакционноспособный реагирует с кислородом, на воздухе покрывается оксидной пленкой. Сильный восстановитель реагирует с водой, разбавленными кислотами. Ион f в растворе бесцветен, заметно гидролизуется. Синтезирован (наиболее устойчивый изотоп С0 бомбардировкой кюрия нейтронами в ядерном реакторе. Выделен в виде СГгОз. Получение — восстановление СГгОз литием при нагревании. [c.350]

Новый металл, тяжелый и тугоплавкий, внешне был похож на платину На него не действовали кислоты (кроме азотной), но он химически растворялся в пероксиде водорода Загораясь на воздухе, порошкообраз ный металл превращался в летучий оксид состава МдО Какой это ме талл [c.214]

Тяжелые металлы. Тяжелые металлы часто поступают в водные экосистемы с промышленными сточными водами и осадками кислых шахтных сточных вод. В лабораторных исследованиях, рассматривающих влияние па водоросли и простейших ряда металлов (цинк, медь, кадмий, литий, хром, ртуть, никель, свинец), получены цепные, хотя и разноречивые, результаты. [c.218]

Простые вещества. Физические и химические свойства. В компактном состоянии все платиноиды представляют собой серебристо-белые металлы, по внешнему виду напоминающие серебро. Эти металлы мономорфны и образуют плотноупакованные кристаллические структуры с к.ч. 12. При этом элементы первой вертикальной диады (Ей, Оз) кристаллизуются в ГПУ-структуре, а остальные формируют ГЦК-решетку. Первая триада относится к так называемым легким платиноидам. Металлы второй триады называются тяжелыми платиноидами. Они являются самыми плотными из всех металлов. Тяжелые платиноиды имеют более высокие температуры плавления, чем легкие. Наиболее пластичны металлы последней вертикальной диады (Р[c.497]

Особое внимание уделяется синтезу, изучению и применению новых экстрагентов. При этом преследуется несколько целей. Главная — нахождение очень избирательных соединений, однако решаются и задачи подбора групповых экстрагентов, например на платиновые металлы, тяжелые металлы, содержащиеся в объектах окружающей среды, и т. д. В случае возмож- [c.7]

Если в электродиализной установке, в которой протекает раствор, содержащий хлориды, сульфаты, щелочные металлы, тяжелые металлы и щелочноземельные элементы, для промывки электродов выбран чистый сульфат натрия, то высокоселективные мембраны, играющие роль ловушек, должны быть размещены следующим образом, начиная с анодного конца установки (рис. 6.24) вначале устанавливается анионитовая мембрана 1, которая служит ловушкой для всех катионов за ней следует катионитовая мембрана, или [c.237]

На производственных базах монтажных управлений и на монтажных площадках правка и гибка металла тяжелого профиля производятся специальными винтовыми или клиновыми скобами. [c.72]

На заводах по изготовлению металлоконструкций и нестандартного оборудования для разделки листа, как правило, применяются специальные резательные машины, и только резка металла тяжелого профиля производится вручную с применением ряда приспособлений и шаблонов. [c.85]

Непонятные изменения веса веществ при горении, как выяснилось, связаны с появлением или исчезновением газов во время горения. Хотя существование газов было установлено очень давно и еще за век до Ван Гельмонта (см. гл. 1) началось медленное накопление знаний о газах, даже во времена Шталя химики, принимая -сам факт существования газов, фактически не обращали на них икакого внимания. Размышляя над причинами изменения веса веществ в процессе горения, исследователи принимали в расчет только твердые тела и жидкости. Понятно, что зола легче дерева, так как при горении дерева выделяются пары. Но что это за пары, ян кто из химиков сказать не мог. Ржавый металл тяжелее исходного еталла. Может быть, при ржавлении металл получает что-то из воздуха Ответа не было. [c.39]

Серебристо-белый металл тяжелый, мягкий, пластичный, радиоактивный. Во влажном воздухе покрывается оксидной пленкой. Пассивируется в холодной воде, концентрированных серной и азотной кислотах. Не реагирует со щелочами, гщфатом аммиака. Сильный восстановитель реагирует с горячей водой, хлороводородной кислотой, разбавленными серной и азотной кислотами. Сильными окислителями переводится в оксокатионы. Катион Np имеет темно-красную окраску, катион Np — желто-зеленую. Синтезирован (наиболее устойчивый изотоп Np) бомбардировкой нейтронами урана в ядерном реакторе. Выделен в виде NpFj и Npp4. Получение — восстановление кальцием или барием этих фторидов при нагревании. [c.346]

Триплетные состояния интенсивно тушатся кислородом, ионами переходных металлов, тяжелыми атомами, акцепторами и донорами электронов. При рассмотрении тушения триплетных молекул следует различать статическое и динамическое тушение. При статическом тушении триплетных состояний наблюдается уменьшение концентрации триплетных молекул без изменения их времени жизни. Явление статического тушения связано с существованием комплекса между возбужденной молекулой и тушителем. Такой комплекс может образовываться как в основном состоянии, так и в синглетном возбужденном состоянии. При сильном уменьшении вероятности интеркомбинационной конверсии в комплексе по срав- [c.166]

Серебристо-белый металл тяжелый, мягкий, радиоактивный (наиболее устойчивый изотоп Ри). Во влажном воздухе покрывается оксидной пленкой. Пассивируется в холодной воде, концентрированной серной кислоте, азотной кислоте. Не реагирует со щелочами, пцфатом аммнака. Сильный восстановитель реагирует с горячей водой, хлороводородной кислотой, разбавленной серной кислотой. Сильными окислителями переводится в оксокатионы. Катион Ри имеет сине-фиолетовую окраску, катпон Ри — желто-коричневую. Синтезирован бомбардировкой нейтронами урана в ядерном реакторе. Выделен в виде РиРз и Рир4. Получение — восстановление кальцием или литием этих фторидов при нагревании. [c.347]

Триплетные состояния интенсивно тушатся кислородом, ионами переходных металлов, тяжелыми атомами, акцепторами и донорами электрона. При рассмотрении тушения триплетных молекул следует различать статическое и динамическое тушение. При статическом тушении триплетных состояний наблюдается уменьшение концентрации триплетных молекул без изменения их времени жизни. Явление статического тушения связано с образованием комплекса между возбужденной молекулой и тушителем. Такой комплекс может образовываться как в основном, так и в син-глетно-возбужденном состоянии. При сильном уменьшении вероятности интеркомбинационной конверсии в комплексе по сравнению со свободной молекулой наблюдается уменьшение выхода триплетных молекул. Динамическое тушение триплетных молекул обусловлено взаимодействием триплетной молекулы с тушителем при соударении. При динамическом тушении происходит уменьшение времени жизни триплетных моле- [c.293]

Все кислые соли сероводородной кислоты — гидросульфиды, например ЫаНЗ, Са(Н8)г — хорошо растворимы в воде. Нормальные соли — сульфиды растворяются в воде по-разному. Растворимыми являются сульфиды щелочных и щелочно-земельных металлов, а также сульфид аммония (ЫН2)28. Сульфиды остальных металлов в воде не растворимы, а сульфиды меди, свинца, серебра, ртути и некоторых других металлов (тяжелых) не растворяются даже в кислотах (кроме азотной кислоты). [c.365]

Свойства. С.-металл синевато-серого цвета, кристаллизуется в гранецентрир. кубич. решетке типа Си, а = = 0,49389 нм, 2 = 4, пространств, группа РтЗт. С.- один из легкоплавких металлов, тяжелый цветной металл т. пл. 327,50 С, т. кип. 1751 °С плотн., г/см 11,3415 (20 °С), 10,686 (327,6 С), 10,536 (450 °С), 10,302 (650 °С), 10,078 (850 °С) С° 26,65 Дж/(моль-К) 4,81 кДж/моль, [c.300]

Серебристо-белый металл тяжелый, мягкий, радиоактивный. Реакционноспособный реагирует с кислородом, во влажном воздухе покрывается оксидной пленкой. Сильный восстановитель реагирует с горячей водой, разбавленными кислотами. Сильными окислителями переводится в оксокатионы. Ион Ат в разбавленном растворе имеет розовую окраску, заметно гидролизуется. Синтезирован (наиболее устойчивый изотоп Ат) бомбардировкой нейтронами плутония в ядерном реакторе. Выделен в виде АтРз. Получение — восстановление АтРз барием при нагревании. [c.348]

Методы первой группы представляют собой наиболее общий путь получения восстановлением безйодных галогенидов кальцием. Лучший из них— восстановление 10%-ным избытком кальция в танталовых тиглях в атмосфере аргона хлоридов Ьа, Се, Рг, N(1, 0(1 (нагревание в течение 15 мин. при 1350—1400° С) или ( ридов остальных элементов (нагревание в течение 5 мин. при 1550°С) [816, 828, 1256, 1845, 1849]. Это дает возможность получить сразу слиток редкоземельного металла с высоким выходом, что особенно важно при переработке небольших количеств материала. Получение металлов тяжелых элементов восстановлением хлоридов приводит к образованию губчатого продукта, переработка которого в монолитный металл является источником введения дополнительного количества примесей. Температура реакции в данном случае недостаточна для плавления редкоземельных металлов. Увеличение же температуры ведет к сильному испарению самих хлоридов. Поэтому замена хлоридов менее летучими фторидами позволила вести процесс при более высокой температуре с образованием компактных металлов. [c.22]

Главными недостатками вагонных реторт всех типов явля ются низкий коэффициент использования их емкости, не дости гающий даже 50 %, небольшая производительность единицы объема, значительные затраты металла, тяжелые условия работы при перегрузке реторт [c. 65]

На рис. 11 представлены схемы кювет для исследования адсорбции при низких температурах. Кювета, использованная Шеппардом и Йейтсом (1956) и приведенная на рис. И, а, изготовлена из металла. Тяжелый медный блок i, в котором имеется цилиндрический образец из пористого стекла, присоединен к охлаждающему сосуду Дьюара. Кювета может разбираться с разъединением конического шлифа 3 для введения образца. Через охлаждающие рубашки 4 циркулирует вода для предотвращения образования льда на кювете при проведении эксперимента при низкой температуре. Кювета присоединена к вакуумной системе через трубу 2, которую используют также для напуска адсорбирующихся газов. К кювете прикрепляются окошки из Na l. [c.51]

Сейчас технеций получают из осколков деления урана-235 в ядерных реакторах. Правда, выделить его из массы осколков непросто. На килограмм осколков приходится около 10 г элемента № 43. В основном это изотоп технС ций-99, период полураспада которого равен 212 тысячам лет. Благодаря накоплению технеция в реакторах удалось определить свойства этого элемента, получить его в чистом виде, исследовать довольно многие его соединения. В них технеций проявляет валентность 2+, 3+ и 7+- Так же, как и рений, технеций — металл тяжелый (плотность 11,5 г/см ), тугоплавкий (температура плавления2140°С), химически стойкий. [c.235]

Эти три металла дают, как магний, окислы RO, образую щие мало энергически основания, и, как Mg, они летучи Летучесть их возрастает с атомным весом. Магний перего няется при белокалильном жаре, цинк при температуре 930″ кадмий около 770°, а ртуть около 357°. Окислы их RO восстанов ляются легче магнезии, всех легче HgO. Свойства их солей RX (растворимость, способность образовать двойные и основные соли и многие другие качества) во многом такие же, как у MgX . С возрастанием атомного веса возрастает трудность окисления, непрочность соединений, плотность металла и соединений, редкость в природе и множество других свойств. Особенности, сравнительно Mg, ожидаются уже потому, что Zn, d и Hg суть металлы тяжелые. [c.100]

Общая химия и неорганическая химия издание 5 (1952) — [ c.311 ]

Санитарно химический анализ загрязняющих веществ в окружающей среде (1989) — [ c.0 ]

Неорганическая химия (1950) — [ c. 244 ]

Основы общей химической технологии (1963) — [ c.23 ]

Эволюция без отбора Автоэволюция формы и функции (1981) — [ c.276 , c.277 ]

Медь тяжелый или легкий металл

Тяжелые металлы и их соли (Си, Zn, Hg, Cd, Pb, Sn, Fe, Mn, Ag, Cr, Co, Ni, As, Al) — широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы они поступают из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев почвы и подземных вод), со сточными водами многих промышленных предприятий и атмосферными осадками, которые загрязняются дымовыми выбросами. Тяжелые металлы как микроэлементы постоянно встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов (см.таблицу). В зависимости от геохимических условий отмечаются широкие колебания их уровня.

Естественные уровни металлов в природных водах (по А. П. Виноградову, Я. М. Грушко и Д. Бокрис)
Элемент	Содержание металлов (мкг/л)		Элемент	Содержание металлов(мкг/л)
	в морской воде	в речной воде		в морской воде	в речной воде
Ртуть	0,03	0,03 — 2,8	Олово	3,0	1,0 — 3,0
Кадмий	0,1	0,1 — 1,3	Железо	10,0	10,0 — 67,0
Медь	3,0	1.0 — 20,0	Марганец	2,0	1,0 — 50,0
Цинк	10,0	0,1 — 20,0	Мышьяк	10,0	30,0 — 64,0
Кобальт	0,5	0,1 — 1,0	Алюминий	10,0	1,0 — 50,0
Хром	0,02	1,0 — 10,0	Никель	2,0	0,8 — 5,6
Свинец	0,03	1,0 — 23,0	Серебро	0,04	0,1

Тяжелые металлы довольно устойчивы. Поступая в водоемы, они включаются в круговорот веществ и подвергаются различным превращениям. Неорганические соединения быстро связываются буферной системой воды и переходят в слаборастворимые гидроокиси, карбонаты, сульфиды и фосфаты, а также образуют металлорганические комплексы, адсорбируются донными осадками. Под воздействием живых организмов (микробов и др.) ртуть, олово, мышьяк подвергаются метилированию, превращаясь в более токсичные алкильные соединения. Кроме того, металлы способны накапливаться в различных организмах и передаваться в возрастающих количествах по трофической цепи. Особенно опасны ртуть, цинк, свинец, кадмий, мышьяк, так как они, поступая с пищей в организм человека и высших животных, могут вызвать отравления. Коэффициент материальной кумуляции колеблется у них от сотен до нескольких тысяч.

Считают, что большая часть неорганических соединений металлов поступает в организм рыб с пищей. Через жабры и кожу проникают растворимые диссоциирующие соли и металлорганические соединения. Антропогенные источники многократно (в 2 — 13 раз) повышают концентрацию тяжелых металлов в воде. С этим четко коррелирует содержание металлов в органах рыб.

Токсическое действие большинства тяжелых металлов на рыб обусловлено их ионами. Концентрированные растворы их солей, обладая вяжуще-прижигающим действием, нарушают функции органов дыхания. В слабых разведениях, проникая в организм, они нарушают проницаемость биологических мембран, снижают содержание растворимых протеинов, связываются с сульфгидрильными и аминогруппами белков и вызывают тем самым угнетение активности ферментов. Гидроокиси железа и марганца, осаждаясь на жабрах и икре, нарушают газообмен, что приводит к асфиксии. С повышенным загрязнением морской воды соединениями титана, железа, кадмия, хрома и других металлов связывают поражение рыб (треска, ершоватки и др.) опухолями (эпидермальная папиллома, псевдоопухоль жабр, карцинома печени) и язвенной болезнью, а также деформацию скелета и воспаление плавников.

В клинической симптоматике острых отравлений рыб тяжелыми металлами преобладают нервно-паралитический синдром и нарушение дыхания, которое обусловлено дистрофическими и некробиотическими изменениями в жабрах и коже. При хроническом отравлении симптомы выражены слабо. На первое место выступают деструктивные изменения жаберного аппарата и паренхиматозных органов, анемия и истощение рыб.

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.

Ведущей отраслью в экономике нашей страны является металлургия. Для успешного ее развития нужно много металла. В данной статье речь пойдет о цветных тяжелых и легких металлах и их использовании.

Классификация цветных металлов

В зависимости от физических свойств и назначения, они подразделяются на такие группы:

• Легкие цветные металлы. Список этой группы большой: в ее состав входит кальций, стронций, цезий, калий, а также литий. Но в металлургической промышленности чаще всего используются алюминий, титан и магний.
• Тяжелые металлы пользуются большой популярностью. Это всем известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.

• Благородные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко применяются для изготовления украшений.
• Редкоземельные металлы – селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
• Тугоплавкие металлы – ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
• Малые металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
• Сплавы – латунь и бронза.

Легкие металлы

Они имеют широкое распространение в природе. Эти металлы обладают маленькой плотностью. У них высокая химическая активность. Они представляют собой прочные соединения. Металлургия этих металлов начала развиваться в девятнадцатом веке. Их получают путем электролиза солей в расплавленном виде, электротермии и металлотермии. Легкие цветные металлы, список которых имеет много пунктов, используются для производства сплавов.

Алюминий

Относится к легким металлам. Имеет серебристый цвет и точку плавления около семисот градусов. В промышленных условиях используется в сплавах. Он применяется везде, где нужен металл. У алюминия плотность низкая, а прочность – высокая. Этот металл легко режется, пилится, сваривается, сверлится, паяется и сгибается.

Сплавы образует с металлами различных свойств, такими как медь, никель, магний, кремний. Они обладают большой прочностью, не ржавеют при неблагоприятных погодных условиях. У алюминия высокая электро- и теплопроводность.

Магний

Он относится к группе легких цветных металлов. Имеет серебристо-белый цвет и пленочное окисное покрытие. Обладает маленькой плотностью, хорошо обрабатывается. Металл устойчив к воздействию горючими веществами: бензином, керосином, минеральными маслами, но подвержен растворению в кислотах. Магний не магнитен. Обладает низкими упругими и литейными свойствами, подвергается коррозии.

Титан

Это легкий металл. Он не магнитен. Имеет серебристый цвет с отливом голубоватого тона. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Но у титана маленькая электропроводность и теплопроводность. Теряет механические свойства при температуре 400 градусов, приобретает хрупкость при 540 градусах.

Механические свойства титана повышаются в сплавах с молибденом, марганцем, алюминием, хромом и другими. В зависимости от легирующего металла, сплавы имеют разную прочность, среди них есть и высокопрочные. Такие сплавы применяются в самолетостроении, машиностроении, судостроении. Из них производят ракетную технику, бытовые приборы и многое другое.

Тяжелые металлы

Тяжелые цветные металлы, список которых весьма широк, получают из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. В зависимости от их типов, методы получения металлов отличаются по способу и сложности производства, в процессе которого должны полностью извлекаться ценные составляющие сырья.

Металлы этой группы бывают гидрометаллургическими и пирометаллургическими. Полученные любым методом металлы называются черновыми. Они подвергаются процедуре рафинирования. Только после этого их можно использовать в промышленных целях.

Цветные металлы, список которых представлен выше, в промышленности используются не все. В данном случае речь идет о распространенном тяжелом металле – меди. У нее высокая теплопроводность, электропроводность и пластичность.

Сплавы меди нашли широкое применение в такой отрасли промышленности, как машиностроение, а все благодаря тому, что этот тяжелый металл хорошо сплавляется с другими.

Он тоже представляет цветные металлы. Список названий большой. Однако далеко не все тяжелые цветные металлы, к которым относится цинк, используются в промышленности. Этот металл хрупкий. Но если нагреть его до ста пятидесяти градусов, он будет без проблем коваться и с легкостью прокатываться. У цинка высокие антикоррозионные свойства, но он поддается разрушению при воздействии щелочью и кислотой.

Свинец

Список цветных металлов будет неполным без свинца. Он серого цвета с проблеском голубого оттенка. Температура плавления составляет триста двадцать семь градусов. Он тяжелый и мягкий. Хорошо куется молотком, при этом не твердеет. Из него выливают различные формы. Устойчив к воздействию кислот: соляной, серной, уксусной, азотной.

Латуни

Это сплавы из меди и цинка с добавлением марганца, свинца, алюминия и других металлов. Стоимость латуни меньше, чем меди, а прочность, вязкость и коррозионная стойкость – выше. У латуни хорошие литейные свойства. Из нее производят детали путем штамповки, раскатки, вытяжки, вальцовки. Из этого металла делают гильзы для снарядов и многое другое.

Использование цветных металлов

Цветными называют не только сами металлы, но и их сплавы. Исключение составляет так называемый "чермет": железо и, соответственно, его сплавы. В странах Европы цветные металлы носят название нежелезистых. Цветные металлы, список которых немаленький, нашли широкое применение в разных отраслях во всем мире, в том числе и в России, где являются основной специализацией. Производятся и добываются на территориях всех регионов страны. Легкие и тяжелые цветные металлы, список которых представлен большим разнообразием наименований, составляют отрасль промышленности под названием «Металлургия». Это понятие включает в себя добычу, обогащение руд, выплавку как металлов, так и их сплавов.

В настоящее время отрасль цветной металлургии получила широкое распространение. Качество цветных металлов очень высокое, они отличаются долговечностью и практичностью, применяются в строительной индустрии: ими отделывают здания и сооружения. Из них производят профильный металл, проволоку, ленты, полосы, фольгу, листы, прутки различной формы.

Тяжелые металлы — Heavy metals

Тяжелые металлы обычно определяются как металлы с относительно высокой плотностью , атомным весом или атомным номером . Используемые критерии и то , включены ли металлоиды , варьируются в зависимости от автора и контекста. В металлургии , например, тяжелый металл может быть определен на основе плотности, тогда как в физике отличительным критерием может быть атомный номер, в то время как химик, вероятно, будет больше интересоваться химическим поведением . Были опубликованы более конкретные определения, но ни одно из них не получило широкого признания. Определения, рассматриваемые в этой статье, охватывают до 96 из 118 известных химических элементов ; Всем им встречаются только ртуть , свинец и висмут . Несмотря на это несогласованность, термин (множественное или единственное число) широко используется в науке. Плотность более 5 г / см 3 иногда указывается как обычно используемый критерий и используется в основной части этой статьи.

Самые ранние известные металлы — обычные металлы, такие как железо , медь и олово , и драгоценные металлы, такие как серебро , золото и платина, — являются тяжелыми металлами. С 1809 года были открыты легкие металлы , такие как магний , алюминий и титан , а также менее известные тяжелые металлы, включая галлий , таллий и гафний .

Некоторые тяжелые металлы либо являются незаменимыми питательными веществами (обычно железо, кобальт и цинк ), либо относительно безвредны (например, рутений , серебро и индий ), но могут быть токсичными в больших количествах или в определенных формах. Другие тяжелые металлы, такие как кадмий , ртуть и свинец, очень ядовиты. Потенциальные источники отравления тяжелыми металлами включают горнодобывающую промышленность , хвосты , промышленные отходы , сельскохозяйственные стоки , профессиональное облучение , краски и обработанную древесину .

К физическим и химическим характеристикам тяжелых металлов следует подходить с осторожностью, поскольку соответствующие металлы не всегда определяются последовательно. Помимо того, что тяжелые металлы относительно плотны, они, как правило, менее химически активны, чем более легкие металлы, и содержат гораздо меньше растворимых сульфидов и гидроксидов . Хотя относительно легко отличить тяжелый металл, такой как вольфрам, от более легкого металла, такого как натрий , некоторые тяжелые металлы, такие как цинк, ртуть и свинец, обладают некоторыми характеристиками более легких металлов, а более легкие металлы, такие как бериллий , скандий и титан обладают некоторыми характеристиками более тяжелых металлов.

Тяжелых металлов относительно мало в земной коре, но они присутствуют во многих аспектах современной жизни. Они используются, например, в клюшках для гольфа , автомобилях , антисептических средствах , самоочищающихся печах , пластмассах , солнечных батареях , мобильных телефонах и ускорителях частиц .

СОДЕРЖАНИЕ

Определения

Шесть элементов в конце периодов (строк) с 4 по 7, которые иногда считаются металлоидами, рассматриваются здесь как металлы: это германий (Ge), мышьяк (As), селен (Se), сурьма (Sb), теллур (Te) и астатин (Ат). Оганессон (Ог) считается неметаллом.

Не существует общепринятого критериального определения хэви-метала. Термин может иметь разные значения в зависимости от контекста. В металлургии , например, тяжелый металл может быть определен на основе плотности , тогда как в физике отличительным критерием может быть атомный номер , а химик или биолог, вероятно, будут больше интересоваться химическим поведением.

Критерии плотности варьируются от более 3,5 г / см 3 до более 7 г / см 3 . Определения атомной массы могут быть в диапазоне от больше, чем у натрия (атомная масса 22,98); более 40 (исключая металлы s- и f-блока , следовательно, начиная со скандия ); или более 200, т.е. начиная с ртути . Атомные номера тяжелых металлов обычно превышают 20 ( кальций ); иногда он ограничивается 92 ( уран ). Определения, основанные на атомном номере, подвергались критике за включение металлов с низкой плотностью. Так , например, рубидий в группе (колонка) 1 из периодической таблицы имеет атомный номер 37 , но плотность только 1,532 г / см 3 , что ниже порогового рисунка , используемый другими авторы. Та же проблема может возникнуть с определениями на основе атомного веса.

Штаты Фармакопеи США включает в себя испытание для тяжелых металлов , что предполагает использование осаждения металлических примесей , как их цветные сульфиды «В 1997 году Стивен Хоукс, профессор химии письма в контексте опыта пятьдесят лет с термином, сказал , что применительно к» металлов с нерастворимые сульфиды и гидроксиды , соли которых образуют окрашенные растворы в воде и чьи комплексы обычно окрашены «. На основе металлов, которые он видел, называемых тяжелыми металлами, он предположил, что было бы полезно определить их как (в целом) все металлы в периодической таблице колоннах 3 до 16 , которые находятся в строке 4 или больше, других словах, в переходных металлах и пост-переходные металлы . в лантаноидах удовлетворяют описание трех частей Hawkes; статус из актинидов не полностью исчерпан.

В биохимии тяжелые металлы иногда определяют — на основе кислотного поведения их ионов Льюиса (акцептор электронных пар) в водном растворе — как класс B и пограничные металлы. В этой схеме ионы металлов класса А предпочитают доноры кислорода ; ионы класса B предпочитают доноры азота или серы ; и пограничные или амбивалентные ионы демонстрируют характеристики класса A или B, в зависимости от обстоятельств. Металлы класса А, которые имеют тенденцию к низкой электроотрицательности и образуют связи с большим ионным характером , — это щелочные и щелочноземельные металлы , алюминий , металлы группы 3 , а также лантаноиды и актиниды. Металлы класса B, которые, как правило, имеют более высокую электроотрицательность и образуют связи со значительным ковалентным характером, в основном являются более тяжелыми переходными и постпереходными металлами. Пограничные металлы в основном включают более легкие переходные и постпереходные металлы (плюс мышьяк и сурьму ). Различие между металлами класса А и двумя другими категориями резкое. Часто цитируемое предложение использовать эти классификационные категории вместо более вызывающего воспоминания названия хэви-метал не получило широкого распространения.

Список тяжелых металлов по плотности

Плотность более 5 г / см 3 иногда упоминается как общий определяющий фактор для тяжелых металлов и, в отсутствие единодушного определения, используется для заполнения этого списка и (если не указано иное) для направления оставшейся части статьи. Металлоиды, отвечающие применимым критериям, например мышьяк и сурьма, иногда считаются тяжелыми металлами, особенно в химии окружающей среды , как в данном случае. Селен (плотность 4,8 г / см 3 ) также включен в список. Он незначительно не соответствует критерию плотности и реже считается металлоидом, но имеет химический состав на водной основе, в некоторых отношениях сходный с химическим составом мышьяка и сурьмы. Другие металлы, которые иногда классифицируются или обрабатываются как «тяжелые», такие как бериллий (плотность 1,8 г / см 3 ), алюминий (2,7 г / см 3 ), кальций (1,55 г / см 3 ) и барий (3,6 г / см 3). ) здесь рассматриваются как легкие металлы и, как правило, в дальнейшем не рассматриваются.

• Сурьма†
• Германий†
• Уран

• Мышьяк†
• Протактиний
• Селен†
• Теллур†
• Торий

• Актиний¶
• Америций
• Беркелиум
• Калифорний
• Кюрий
• Дубний
• Эйнштейний
• Фермий
• Менделевий
• Нептуний¶
• Плутоний¶
• Полоний¶
• Прометий¶
• Радий¶
• Технеций¶

• Астати퇶
• Бориум
• Копернициум
• Дармштадтиум
• Флеровий
• Калий
• Лоуренсий
• Ливерморий
• Мейтнерий
• Московиум
• Нихоний
• Нобелий
• Рентгений
• Резерфордий
• Сиборгий
• Tennessine

Происхождение и использование термина

Тяжелость встречающихся в природе металлов, таких как золото , медь и железо, могла быть замечена еще в доисторические времена и, в свете их пластичности , привела к первым попыткам изготовления металлических украшений, инструментов и оружия. Все металлы, открытые с тех пор до 1809 года, имели относительно высокую плотность; их тяжесть считалась исключительно отличительным критерием.

С 1809 года были выделены легкие металлы, такие как натрий, калий и стронций . Их низкая плотность бросила вызов общепринятому мнению, и было предложено называть их металлоидами (что означает «напоминающие металлы по форме или внешнему виду»). Это предложение было проигнорировано; новые элементы были признаны металлами, а затем термин «металлоид» использовался для обозначения неметаллических элементов, а позднее — элементов, которые было трудно описать как металлы или неметаллы.

Термин «тяжелый металл» впервые был использован в 1817 году, когда немецкий химик Леопольд Гмелин разделил элементы на неметаллы, легкие и тяжелые металлы. Легкие металлы имели плотность 0,860–5,0 г / см 3 ; тяжелые металлы 5.308–22.000. Позднее этот термин стал ассоциироваться с элементами с высоким атомным весом или высоким атомным номером. Иногда его используют как синонимы с термином « тяжелый элемент» . Например, обсуждая историю ядерной химии , Маги отмечает, что когда-то считалось, что актиниды представляют новую группу переходных тяжелых элементов, в то время как Сиборг и его сотрудники «отдавали предпочтение . серии тяжелых металлов, подобных редкоземельным элементам . » . Однако в астрономии тяжелый элемент — это любой элемент тяжелее водорода и гелия .

Критика

В 2002 году шотландский токсиколог Джон Даффус проанализировал определения, использованные за предыдущие 60 лет, и пришел к выводу, что они настолько разнообразны, что фактически лишают этот термин смысла. Наряду с этим открытием, статус тяжелых металлов для некоторых металлов иногда ставится под сомнение на том основании, что они слишком легкие, или участвуют в биологических процессах, или редко представляют опасность для окружающей среды. Примеры включают скандий (слишком легкий); ванадий в цинк (биологические процессы); и родий , индий и осмий (слишком редко).

Популярность

Несмотря на сомнительное значение, термин « тяжелый металл» регулярно появляется в научной литературе. Исследование 2010 года показало, что он все чаще используется и, похоже, стал частью языка науки. Считается, что это приемлемый термин, учитывая его удобство и известность, если он сопровождается строгим определением. Двойники тяжелых металлов, легких металлов , упоминаются Обществом минералов, металлов и материалов как « алюминий , магний , бериллий , титан , литий и другие химически активные металлы».

Биологическая роль

Количество тяжелых металлов в
организме человека в среднем 70 кг

Элемент	Миллиграммы
Железо	4000	4000

Для определенных биологических процессов требуются следовые количества некоторых тяжелых металлов, в основном в период 4. Это железо и медь ( перенос кислорода и электронов ); кобальт ( сложные синтезы и клеточный метаболизм ); цинк ( гидроксилирование ); ванадий и марганец ( регуляция или функционирование ферментов ); хром ( утилизация глюкозы ); никель ( рост клеток ); мышьяк (метаболический рост у некоторых животных и, возможно, у людей) и селен ( антиоксидантное действие и выработка гормонов ). Периоды 5 и 6 содержат меньше основных тяжелых металлов, что согласуется с общей закономерностью, согласно которой более тяжелые элементы, как правило, менее распространены, а более дефицитные элементы с меньшей вероятностью являются необходимыми с точки зрения питания. В период 5 , молибден необходим для катализа в окислительно — восстановительных реакциях; кадмий используется некоторыми морскими диатомовыми водорослями с той же целью; и олово может потребоваться для роста некоторых видов. В период с 6 , вольфрама требует некоторого архей и бактерий для метаболических процессов . Дефицит любого из этих 4–6 основных тяжелых металлов может повысить восприимчивость к отравлению тяжелыми металлами (наоборот, избыток также может иметь неблагоприятные биологические эффекты ). В среднем 70 кг человеческого тела содержит около 0,01% тяжелых металлов (

7 г, что эквивалентно весу двух сушеных горошек, с железом — 4 г, цинком — 2,5 г и свинцом — 0,12 г, включая три основных компонента) 2. % легких металлов (

1,4 кг, вес бутылки вина) и почти 98% неметаллов (в основном вода ).

Было обнаружено, что некоторые несущественные тяжелые металлы обладают биологическим действием. Галлий , германий (металлоид), индий и большинство лантаноидов могут стимулировать метаболизм, а титан способствует росту растений (хотя он не всегда считается тяжелым металлом).

Токсичность

Часто считается, что тяжелые металлы очень токсичны или вредны для окружающей среды. Некоторые из них являются токсичными, тогда как некоторые другие токсичны только в том случае, если их принимают в избытке или встречаются в определенных формах. Вдыхание некоторых металлов в виде мелкой пыли или, чаще всего, в виде паров, также может вызвать состояние, называемое лихорадкой от дыма металла .

Экологические тяжелые металлы

Хром, мышьяк, кадмий, ртуть и свинец обладают наибольшим потенциалом причинения вреда из-за их широкого использования, токсичности некоторых их комбинированных или элементарных форм и их широкого распространения в окружающей среде. Шестивалентный хром , например, очень токсичен, как и пары ртути и многие соединения ртути. Эти пять элементов имеют сильное сродство к сере; в организме человека они обычно связываются через тиоловые группы (–SH) с ферментами, отвечающими за контроль скорости метаболических реакций. Образовавшиеся связи сера-металл препятствуют правильному функционированию задействованных ферментов; здоровье человека ухудшается, иногда со смертельным исходом. Хром (в его шестивалентной форме) и мышьяк являются канцерогенами ; кадмий вызывает дегенеративное заболевание костей ; а ртуть и свинец повреждают центральную нервную систему .

Свинец является наиболее распространенным загрязнителем тяжелых металлов. Уровни в водной среде индустриальных обществ, по оценкам, в два-три раза выше, чем доиндустриальные уровни. В качестве компонента тетраэтилсвинца , (CH
₃ CH
₂ )
₄ Pb , он широко использовался в бензине в 1930–1970-х годах. Хотя к 1996 году использование этилированного бензина в Северной Америке было в значительной степени прекращено, в почвах рядом с дорогами, построенными до этого времени, сохраняется высокая концентрация свинца. Более поздние исследования продемонстрировали статистически значимую корреляцию между уровнем использования этилированного бензина и насильственными преступлениями в Соединенных Штатах; с учетом отставания во времени в 22 года (для среднего возраста жестоких преступников) кривая насильственных преступлений практически повторяет кривую воздействия свинца.

Другие тяжелые металлы, известные своей потенциально опасной природой, обычно как токсичные загрязнители окружающей среды, включают марганец (поражение центральной нервной системы); кобальт и никель (канцерогены); медь, цинк, селен и серебро ( эндокринные нарушения, врожденные нарушения или общие токсические эффекты у рыб, растений, птиц или других водных организмов); олово, как оловоорганическое (поражение центральной нервной системы); сурьма (подозреваемый канцероген); и таллий (поражение центральной нервной системы).

Важные в питательном отношении тяжелые металлы

Тяжелые металлы, необходимые для жизни, могут быть токсичными, если их принимать в избытке; некоторые имеют особенно токсичные формы. Пятиокись ванадия (V ₂ O ₅ ) канцерогена для животных и при вдыхании вызывает повреждение ДНК . Пурпурный перманганат- ион MnO —
₄ является печень и почки яд. Употребление более 0,5 грамма железа может вызвать сердечную недостаточность; такие передозировки чаще всего возникают у детей и могут привести к смерти в течение 24 часов. Карбонил никеля (Ni (CO) ₄ ) в концентрации 30 частей на миллион может вызвать дыхательную недостаточность, повреждение мозга и смерть. Употребление грамма или более сульфата меди (CuSO ₄ ) может быть фатальным; выжившие могут остаться с серьезным повреждением органов. Более пяти миллиграммов селена очень токсичны; это примерно в десять раз больше рекомендуемой максимальной суточной дозы в 0,45 миллиграмма; длительное отравление может иметь паралитические эффекты.

Другие тяжелые металлы

Некоторые другие несущественные тяжелые металлы имеют одну или несколько токсичных форм. Почечная недостаточность и летальные исходы были зарегистрированы в результате приема диетических добавок германия (всего от 15 до 300 г, потребляемых в течение периода от двух месяцев до трех лет). Воздействие четырехокиси осмия (OsO ₄ ) может вызвать необратимое повреждение глаз и может привести к дыхательной недостаточности и смерти. Соли индия токсичны при проглатывании более нескольких миллиграммов и влияют на почки, печень и сердце. Цисплатин (PtCl ₂ (NH ₃ ) ₂ ), который является важным лекарством, используемым для уничтожения раковых клеток , также является ядом для почек и нервов. Соединения висмута при приеме в избытке могут вызвать повреждение печени; нерастворимые соединения урана, а также опасное излучение, которое они излучают, могут вызвать необратимое повреждение почек.

Источники воздействия

Тяжелые металлы могут ухудшать качество воздуха, воды и почвы и впоследствии вызывать проблемы со здоровьем у растений, животных и людей, когда они становятся концентрированными в результате промышленной деятельности. Общие источники тяжелых металлов в этом контексте включают горнодобывающие и промышленные отходы; выбросы транспортных средств; моторное масло; топливо, используемое на судах и тяжелой технике; строительные работы; удобрения; пестициды; краски ; красители и пигменты; ремонт; незаконное размещение строительного мусора и строительного мусора; опрокидывающийся контейнер с открытым верхом; сварка, пайка и пайка; обработка стекла; бетонные работы; дорожные работы; использование вторсырья; Металлические проекты своими руками; сжигание кузнечной бумаги ; открытое сжигание мусора в сельской местности; загрязненная система вентиляции; пищевые продукты, загрязненные окружающей средой или упаковкой; вооружение; свинцово-кислотные батареи ; площадка по переработке электронных отходов; и обработанная древесина ; старение инфраструктуры водоснабжения ; и микропластик, плавающий в мировом океане. Недавние примеры загрязнения тяжелыми металлами и рисков для здоровья включают возникновение болезни Минамата в Японии (1932–1968; судебные процессы продолжаются с 2016 года); Bento Rodrigues дамба бедствие в Бразилии, высокие уровни содержания свинца в питьевой воды , подаваемой жителям Флинт , штат Мичиган, на северо-востоке Соединенных Штатов и 2015 Гонконг тяжелых металлов в питьевой воды инцидентов .

Формирование, численность, возникновение и добыча

0,000001 частей на миллион)

Тяжелые металлы вплоть до железа (в периодической таблице) в основном производятся посредством звездного нуклеосинтеза . В этом процессе более легкие элементы от водорода до кремния претерпевают последовательные реакции синтеза внутри звезд, выделяя свет и тепло и образуя более тяжелые элементы с более высокими атомными номерами.

Более тяжелые тяжелые металлы обычно не образуются таким образом, поскольку реакции синтеза с участием таких ядер будут потреблять, а не выделять энергию. Скорее, они в значительной степени синтезируются (из элементов с более низким атомным номером) путем захвата нейтронов , причем двумя основными режимами этого повторяющегося захвата являются s-процесс и r-процесс . В s-процессе (s означает «медленный») сингулярные захваты разделены годами или десятилетиями, позволяя менее стабильным ядрам бета-распад , в то время как в r-процессе («быстрый») захваты происходят быстрее, чем ядра могут распадаться. Следовательно, s-процесс идет более или менее ясным путем: например, стабильные ядра кадмия-110 последовательно бомбардируются свободными нейтронами внутри звезды до тех пор, пока они не образуют ядра кадмия-115, которые являются нестабильными и распадаются с образованием индия-115 (который почти стабильный, с периодом полураспада В 30 000 раз старше Вселенной). Эти ядра захватывают нейтроны и образуют нестабильный индий-116, который распадается с образованием олова-116 и так далее. Напротив, в r-процессе такого пути нет. S-процесс останавливается на висмуте из-за коротких периодов полураспада следующих двух элементов, полония и астатина, которые распадаются на висмут или свинец. R-процесс настолько быстр, что может пропустить эту зону нестабильности и перейти к созданию более тяжелых элементов, таких как торий и уран.

Тяжелые металлы конденсируются на планетах в результате звездной эволюции и процессов разрушения. Звезды теряют большую часть своей массы, когда она выбрасывается в конце своей жизни, а иногда и после этого в результате слияния нейтронных звезд , тем самым увеличивая содержание элементов тяжелее гелия в межзвездной среде . Когда гравитационное притяжение заставляет эту материю объединяться и коллапсировать, образуются новые звезды и планеты .

Земная кора состоит примерно из 5% тяжелых металлов по весу, из которых 95% составляет железо. Остальные 95% коры составляют легкие металлы (

75%). Несмотря на их общий дефицит, тяжелые металлы могут концентрироваться в экономически извлекаемых количествах в результате горообразования , эрозии или других геологических процессов .

Тяжелые металлы встречаются в основном в виде литофилов (любящие породу) или халькофилы (любящие руду). Литофильные тяжелые металлы — это в основном элементы f-блока и более реактивные из элементов d-блока . Они имеют сильное сродство к кислороду и в основном существуют в виде силикатных минералов с относительно низкой плотностью . Халькофильные тяжелые металлы — это в основном менее реакционноспособные элементы d-блока, а также металлы и металлоиды периода 4-6 p-блока . Обычно они находятся в (нерастворимых) сульфидных минералах . Будучи более плотными, чем литофилы, и, следовательно, погружаясь ниже в кору во время ее затвердевания, халькофилы, как правило, менее многочисленны, чем литофилы.

Напротив, золото — сидерофил или элемент, любящий железо. Он не образует легко соединений ни с кислородом, ни с серой. Во время формирования Земли , как наиболее благородный (инертный) из металлов, золото погрузилось в ядро из-за своей склонности к образованию металлических сплавов с высокой плотностью. Следовательно, это относительно редкий металл. Некоторые другие (менее) благородные тяжелые металлы — молибден, рений , металлы платиновой группы ( рутений , родий, палладий , осмий, иридий и платина), германий и олово — могут считаться сидерофилами, но только с точки зрения их первичного присутствия. в Земле (ядро, мантия и кора), а точнее в коре. В остальном эти металлы присутствуют в коре в небольших количествах, главным образом в виде халькофилов (в меньшей степени в их естественной форме ).

Концентрации тяжелых металлов под коркой, как правило, выше, причем большинство из них находится в основном в железо-кремний-никелевом ядре. Платина , например, составляет приблизительно 1 часть на миллиард корки, тогда как ее концентрация в ядре считается почти в 6000 раз выше. Недавние предположения предполагают, что уран (и торий) в ядре может генерировать значительное количество тепла, которое движет тектоникой плит и (в конечном итоге) поддерживает магнитное поле Земли .

Вообще говоря, за некоторыми исключениями, литофильные тяжелые металлы могут быть извлечены из их руд с помощью электрической или химической обработки , в то время как халькофильные тяжелые металлы получают путем обжига сульфидных руд для получения соответствующих оксидов, а затем их нагревания для получения сырых металлов. Радий встречается в количествах, слишком малых для того, чтобы его можно было экономично добывать, и вместо этого он получается из отработанного ядерного топлива . Халькофильные металлы платиновой группы (МПГ) в основном встречаются в небольших (смешанных) количествах с другими халькофильными рудами. Руды , вовлеченные необходимость быть плавили , жареные, а затем выщелачивают с серной кислотой с получением остатка PGM. Это химически очищается, чтобы получить отдельные металлы в их чистых формах. По сравнению с другими металлами МПГ дороги из-за их редкости и высокой стоимости производства.

Золото, сидерофил, обычно извлекается путем растворения руды, в которой оно обнаружено, в растворе цианида . Золото образует дицианоаурат (I), например: 2 Au + H ₂ O + ½ O ₂ + 4 KCN → 2 K [Au (CN) ₂ ] + 2 KOH . В смесь добавляется цинк, который, будучи более активным, чем золото, вытесняет золото: 2 K [Au (CN) ₂ ] + Zn → K ₂ [Zn (CN) ₄ ] + 2 Au. Золото выпадает из раствора в виде шлама, отфильтровывается и плавится.

Свойства по сравнению с легкими металлами

Некоторые общие физико-химические свойства легких и тяжелых металлов сведены в таблицу. К сравнению следует относиться с осторожностью, поскольку термины «легкий металл» и «тяжелый металл» не всегда имеют однозначное определение. Также физические свойства твердости и прочности на разрыв могут широко варьироваться в зависимости от чистоты, размера зерна и предварительной обработки.

Свойства легких и тяжелых металлов

Физические свойства	Легкие металлы	Тяжелые металлы
Плотность	Обычно ниже	Обычно выше
Твердость	Мягкие, легко режутся или сгибаются	Большинство довольно сложно
Тепловое расширение	В основном выше	В основном ниже
Температура плавления	В основном низкий	От низкого до очень высокого
Предел прочности	В основном ниже	В основном выше
Химические свойства	Легкие металлы	Тяжелые металлы
Расположение периодической таблицы	Больше всего встречается в группах 1 и 2	Почти все встречаются в группах с 3 по 16.
Изобилие в земной коре	Более обильный	Менее обильный
Основное происхождение (или источник)	Литофилы	Литофилы или халькофилы ( Au — сидерофил )
Реактивность	Более реактивный	Менее реактивный
Сульфиды	От растворимого до нерастворимого	Чрезвычайно нерастворим
Гидроксиды	От растворимого до нерастворимого	Обычно нерастворим
Соли	В основном образуют бесцветные растворы в воде.	В основном образуют цветные растворы в воде.
Комплексы	В основном бесцветный	В основном цветные
Биологическая роль	Включите макроэлементы ( Na , Mg , K , Ca )	Включите микроэлементы ( V , Cr , Mn , Fe , Co , Ni , Cu , Zn , Mo )

Эти свойства позволяют относительно легко отличить легкий металл, такой как натрий, от тяжелого металла, такого как вольфрам, но различия становятся менее четкими на границах. Легкие структурные металлы, такие как бериллий, скандий и титан, обладают некоторыми характеристиками тяжелых металлов, например более высокими температурами плавления; постпереходные тяжелые металлы, такие как цинк, кадмий и свинец, обладают некоторыми характеристиками легких металлов, такими как относительно мягкость, более низкая температура плавления и образование в основном бесцветных комплексов.

Использует

Тяжелые металлы присутствуют практически во всех аспектах современной жизни. Железо может быть наиболее распространенным, поскольку на него приходится 90% всех очищенных металлов. Платина может быть наиболее распространенной, поскольку, как говорят, она содержится в 20% всех потребительских товаров или используется для ее производства.

Некоторые общие применения тяжелых металлов зависят от общих характеристик металлов, таких как электропроводность и отражательная способность, или общих характеристик тяжелых металлов, таких как плотность, прочность и долговечность. Другие применения зависят от характеристик конкретного элемента, например, от их биологической роли в качестве питательных веществ или ядов или некоторых других конкретных атомных свойств. Примеры таких атомных свойств включают: частично заполненные d- или f-орбитали (во многих переходных, лантаноидных и актинидных тяжелых металлах), которые делают возможным образование окрашенных соединений; способность большинства ионов тяжелых металлов (таких как платина, церий или висмут) находиться в различных степенях окисления и, следовательно, действовать как катализаторы; плохо перекрывающиеся 3d- или 4f-орбитали (в железе, кобальте и никеле или в тяжелых металлах лантаноидов от европия до тулия ), которые вызывают магнитные эффекты; а также высокие атомные номера и электронные плотности , лежащие в основе их приложений в ядерной науке. Типичные виды использования тяжелых металлов можно в общих чертах разделить на следующие шесть категорий.

В зависимости от веса или плотности

Некоторые виды использования тяжелых металлов, в том числе в спорте, машиностроении , военных боеприпасах и ядерной науке , основаны на их относительно высокой плотности. В подводном плавании свинец используется в качестве балласта ; в скачках с гандикапом каждая лошадь должна нести определенный вес, основанный на факторах, включая прошлые выступления, чтобы уравнять шансы различных участников. В гольфе вставки из вольфрама, латуни или меди в клюшках и утюги на фервее снижают центр тяжести клюшки , облегчая подбрасывание мяча в воздух; а мячи для гольфа с вольфрамовым сердечником обладают лучшими летными характеристиками. При ловле нахлыстом тонущие лески имеют покрытие из ПВХ, заделанное вольфрамовым порошком, поэтому они тонут с необходимой скоростью. В легкоатлетическом спорте, стальные шары , используемые в метании молота и толкание событие заполнены свинцом, чтобы достичь минимального веса требуется в соответствии с международными правилами. Вольфрам использовался в шарах для метания молотов по крайней мере до 1980 г .; минимальный размер шара был увеличен в 1981 году, чтобы устранить необходимость в том, что в то время было дорогим металлом (в три раза дороже других молотов), доступным не во всех странах. Вольфрамовые молоты были настолько плотными, что слишком глубоко проникали в дерн.

Чем выше плотность снаряда, тем эффективнее он может пробить тяжелый броневой лист . Os , Ir , Pt и Re . стоят дорого . U предлагает привлекательное сочетание высокой плотности, разумной стоимости и высокой вязкости разрушения.

AM Russell, KL Lee
Соотношение структура – ​​свойство
в цветных металлах (2005, стр. 16)

В машиностроении тяжелые металлы используются для балласта лодок, самолетов и автомобилей; или в балансировочных весах на колесах и коленчатых валах , гироскопах , гребных винтах и центробежных муфтах в ситуациях, когда требуется максимальный вес в минимальном пространстве (например, в часовых механизмах ).

В военных боеприпасах вольфрам или уран используются в броне и бронебойных снарядах , а также в ядерном оружии для повышения эффективности (путем отражения нейтронов и кратковременной задержки расширения реагирующих материалов). В 1970-х годах было обнаружено , что тантал более эффективен, чем медь в кумулятивном заряде и противобронетном оружии, образованном взрывчаткой, из-за его более высокой плотности, позволяющей более высокую концентрацию силы и лучшую деформируемость. Менее токсичные тяжелые металлы , такие как медь, олово, вольфрам и висмут, и, вероятно, марганец (а также бор , металлоид), заменили свинец и сурьму в зеленых пулях, используемых некоторыми армиями и в некоторых боеприпасах для развлекательной стрельбы. Высказывались сомнения в безопасности (или экологичности ) вольфрама.

Поскольку более плотные материалы поглощают больше радиоактивных выбросов, чем более легкие, тяжелые металлы полезны для защиты от излучения и для фокусировки пучков излучения в линейных ускорителях и радиотерапевтических установках.

На основе прочности или долговечности

Прочность или долговечность тяжелых металлов, таких как хром, железо, никель, медь, цинк, молибден, олово, вольфрам и свинец, а также их сплавов, делает их полезными для изготовления артефактов, таких как инструменты, оборудование, бытовая техника , посуда, трубы, железнодорожные пути , здания и мосты, автомобили, замки, мебель, корабли, самолеты, монеты и украшения. Они также используются в качестве легирующих добавок для улучшения свойств других металлов. Из двух десятков элементов, которые использовались в монетизированной мировой чеканке монет, только два, углерод и алюминий, не являются тяжелыми металлами. В ювелирных изделиях используются золото, серебро и платина, а также (например) никель, медь, индий и кобальт в цветном золоте . Недорогие украшения и детские игрушки могут быть в значительной степени изготовлены из тяжелых металлов, таких как хром, никель, кадмий или свинец.

Медь, цинк, олово и свинец являются металлами более слабыми механически, но обладают полезными антикоррозийными свойствами. Хотя каждый из них будет реагировать с воздухом, образующаяся патина из различных солей меди, карбоната цинка , оксида олова или смеси оксида , карбоната и сульфата свинца придает ценные защитные свойства . Поэтому медь и свинец используются, например, в качестве кровельных материалов ; цинк действует как антикоррозийное средство в оцинкованной стали ; и олово служит той же цели для стальных банок .

Технологичность и коррозионная стойкость железа и хрома повышаются за счет добавления гадолиния ; сопротивление ползучести никеля улучшается при добавлении тория. Теллур добавляют в медь ( теллур-медь ) и стальные сплавы для улучшения их обрабатываемости; и сделать его более твердым и кислотостойким.

Биологические и химические

В биоцидных эффектах некоторых тяжелых металлов известны с глубокой древности. Платина, осмий, медь, рутений и другие тяжелые металлы, включая мышьяк, используются в противораковых препаратах или показали потенциал. Сурьма (антипротозойные), висмут ( противоязвенные ), золото ( противоартритные ) и железо ( противомалярийные ) также важны в медицине. Медь, цинк, серебро, золото или ртуть используются в антисептических составах; небольшие количества некоторых тяжелых металлов используются для контроля роста водорослей, например, в градирнях . В зависимости от предполагаемого использования в качестве удобрений или биоцидов агрохимикаты могут содержать тяжелые металлы, такие как хром, кобальт, никель, медь, цинк, мышьяк, кадмий, ртуть или свинец.

Выбранные тяжелые металлы используются в качестве катализаторов при переработке топлива (например, рения), производстве синтетического каучука и волокна (висмут), устройствах контроля выбросов (палладий) и в самоочищающихся печах (где оксид церия (IV) в стенках такие духовки помогают окислять углеродистые остатки готовки). В химии мыла тяжелые металлы образуют нерастворимые мыла, которые используются в консистентных смазках , сушилках для красок и фунгицидах (кроме лития, щелочных металлов и ионов аммония, образующих растворимые мыла).

Расцветка и оптика

Цвета стекла , керамической глазури , красок , пигментов и пластмасс обычно получают путем включения тяжелых металлов (или их соединений), таких как хром, марганец, кобальт, медь, цинк, селен, цирконий , молибден, серебро, олово, празеодим , неодим , эрбий , вольфрам, иридий, золото, свинец или уран. Краски для тату могут содержать тяжелые металлы, такие как хром, кобальт, никель и медь. Высокая отражательная способность некоторых тяжелых металлов важна при создании зеркал , включая точные астрономические инструменты . Отражатели фар основаны на превосходной отражательной способности тонкой пленки родия.

Электроника, магниты и освещение

Тяжелые металлы или их соединения можно найти в электронных компонентах , электродах , проводке и солнечных панелях, где они могут использоваться как проводники, полупроводники или изоляторы. Порошок молибдена используется в чернилах для печатных плат . Титановые аноды с покрытием из оксида рутения (IV) используются для промышленного производства хлора . Домашние электрические системы, по большей части, имеют медный провод из-за его хороших проводящих свойств. Серебро и золото используются в электрических и электронных устройствах, особенно в контактных переключателях , в результате их высокой электропроводности и способности противостоять или минимизировать образование примесей на их поверхностях. Полупроводники теллурид кадмия и арсенид галлия используются для производства солнечных батарей. Оксид гафния , изолятор, используется в качестве регулятора напряжения в микрочипах ; оксид тантала , другой изолятор, используется в конденсаторах в мобильных телефонах . Тяжелые металлы использовались в батареях более 200 лет, по крайней мере, с тех пор, как Вольта изобрел свои гальванические батареи из меди и серебра в 1800 году. Прометий , лантан и ртуть являются дополнительными примерами, обнаруженными соответственно в атомных , никель-металлогидридных и кнопочных элементах. батареи.

Магниты сделаны из тяжелых металлов, таких как марганец, железо, кобальт, никель, ниобий, висмут, празеодим, неодим, гадолиний и диспрозий . Неодимовые магниты — это самый мощный из имеющихся на рынке постоянных магнитов . Они являются ключевыми компонентами, например, дверных замков автомобилей, стартеров , топливных насосов и электрических стеклоподъемников .

Тяжелые металлы используются в освещении , лазерах и светодиодах (светодиодах). Плоские дисплеи содержат тонкую пленку электропроводящего оксида индия и олова . В работе люминесцентного освещения используются пары ртути. Рубиновые лазеры генерируют темно-красные лучи, возбуждая атомы хрома; лантаноиды также широко используются в лазерах. Галлий, индий и мышьяк; а медь, иридий и платина используются в светодиодах (последние три — в органических светодиодах ).

Ядерная

Ниши тяжелых металлов с высокими атомными номерами встречаются в диагностической визуализации , электронной микроскопии и ядерной науке. В диагностической визуализации тяжелые металлы, такие как кобальт или вольфрам, составляют анодные материалы рентгеновских трубок . В электронной микроскопии тяжелые металлы, такие как свинец, золото, палладий, платина или уран, используются для создания проводящих покрытий и для введения электронной плотности в биологические образцы путем окрашивания , отрицательного окрашивания или вакуумного осаждения . В ядерной науке ядра тяжелых металлов, таких как хром, железо или цинк, иногда выстреливают по другим мишеням из тяжелых металлов для производства сверхтяжелых элементов ; тяжелые металлы также используются в качестве мишеней для расщепления для производства нейтронов или радиоизотопов, таких как астат (в последнем случае используются свинец, висмут, торий или уран).

Источник https://90zavod.ru/raznoe/samyj-legkij-i-tyazhelyj-metall-kakoj-metall-samyj-legkij-fizika-na-kazhdom-shagu.html

Источник https://ostwest.su/instrumenty/med-tjazhelyj-ili-legkij-metall.php/

Источник https://ru.abcdef.wiki/wiki/Heavy_metals