Самый легкий металл. Какие существуют легкие металлы?

Первыми металлами, которые обнаружил человек, были золото, медь и серебро. Их применяли ещё в глубокой древности. Что представляют собой эти вещества? Какой металл самый легкий?

Металлы

Впервые человек обнаружил металлы, которые находятся близко к земной поверхности. Сначала это были медь, золото и серебро, позже к ним присоединились олово, железо, бронза и свинец. С развитием человечества список постепенно расширялся. В настоящее время открыто около 94 металлов.

Они представляют собой простые элементы, которые обладаю высокой электропроводностью и теплообменом, пластичностью, поддаются ковке, имеют характерный металлический блеск. В природе они часто встречаются в виде различных соединений и руд.

По своим качествам металлы разделяют на черные, цветные и драгоценные. Для использования их отделяют от руды, проводят чистку, легирование и другие виды обработки. Металлы являются частью живых организмов, присутствуют в морской воде.

В нашем теле они находятся в небольшом количестве, выполняя важные для жизни функции. В печени присутствует медь, кальций — в скелете и зубах, натрий – в цитоплазме клеток, железо является частью крови, а в мышцах находится магний.

Самый легкий металл

В сознании многих людей закрепилось мнение о металлах как о прочных, твердых и тяжелых веществах. Некоторые из них совершенно не подходят подданное описание. Существует ряд металлов, которые обладают небольшой прочностью и чрезвычайной для этих элементов легкостью. Они даже могут плавать на поверхности воды.

Самый легкий металл в мире – литий. При комнатной температуре его плотность является самой низкой. Она уступает воде практически в два раза и составляет 0,533 грамма на кубический сантиметр. Благодаря маленькой плотности он всплывает в воде и керосине.

Литий содержится в морской воде и верхней континентальной коре. В больших количествах самый легкий металл присутствует в звездном объекте Торна-Житкова, который состоит из сверхгиганта и красного гиганта.

При нормальных условиях литий представляет пластичный ковкий серебристый металл, настолько мягкий, что его можно разрезать ножом. Плавится при температуре 181 градус по Цельсию. Он токсичен и активно взаимодействует с окружающей средой, поэтому не используется в чистом виде.

Алюминий

После лития самый легкий металл – алюминий, к тому же он весьма прочный. Из-за активного применения в различных сферах он заслужил звание «металла XX века». В коре нашей планете он третий по распространенности элемент и первый среди металлов.

Алюминий имеет серебристо-белый цвет, обладает высокой пластичностью, тепло- и электропроводностью. Способен образовывать сплавы практически с любым металлом. Чаще всего используется вместе с магнием и медью. Многие его сплавы прочнее, чем сталь.

Алюминий слабо поддается коррозийным разрушениям благодаря образованию оксидных пленок. Он закипает при температуре 2500 градусов по Цельсию. Является слабым парамагнетиком. В природе металл содержится в виде соединений, его самородки встречаются исключительно редко в жерлах некоторых вулканов.

Легче легкого

Микролаттис – самый легкий металл, полученный искусственно. Он состоит из воздуха на 99,99 % и намного легче пенопласта. Металл создали ученые Калифорнийского университета, в 2016 году он был признан официально и был занесен в Книгу рекордов.

Секрет необычной легкости заключается в его структуре, напоминающую кости живых организмов. Металл представляет собой ячейки, которые сделаны из никелево-фосфорных трубок. Они пустые внутри, а их толщина в несколько раз уступает человеческому волосу.

Несмотря на легкость, микролаттис способен выдерживать большие нагрузки не хуже естественных металлов. Подобные свойства могут иметь широкое применение, одно из них — это создание искусственных легких.

Самые легкие металлы

В представлении большинства людей металл — это плотный и тяжелый материал. Как раз такими характеристиками отличается большинство металлов, но далеко не все. Представьте, что есть металлы и сплавы, по весу сопоставимые с тяжестью воздуха!

Вспоминаем школьные уроки химии и обсуждаем, какие металлы самые легкие и чем объясняются такие необычные свойства.

Самые легкие металлы на планете — какие самые важные

Легкими называют металлы, у которых невысокая плотность. Они высоко ценятся, активно используются в промышленности и составляют около 20% от общей массы земной коры.

ТОП-5 легких металлов:

1. Самый легкий металл — литий. Это щелочной металл имеет серебристо-белый цвет, у него наименьшая атомная масса и наименьшая плотность, которая в два раза меньше, чем у воды, — 0, 534 г/см3. Литий мягкий и пластичный, режется ножом, находится на третьем месте периодической таблицы после водорода и гелия, у металла более 30 собственных минералов. Температура плавления — +180, 54 градуса. В природе есть два стабильных изотопа лития. Металл всплывает в воде и керосине. Литий редко используется в чистом виде, так как это очень активный элемент, который быстро вступает в реакцию с окружающей средой. К тому же, литий сильно токсичен, поэтому для бытового применения не подходит.
2. К числу самых легких элементов на планете относится водород — это плотность составляет 0, 0763 г/см3, но так как он не встречается в чистом виде, а только как часть молекулярных соединений, то его не причисляют к категории металлов.
3. Далее следует калий, после него — алюминий, рубидий, цезий и стронций, магний, титан и другие щелочные металлы. По плотности калий уступает воде — 0, 862 г/см3. У остальных металлов плотность выше, чем у воды. Как и литий, калий вступает в реакцию с водой, поэтому чаще используется в сплавах, а не в чистом виде.
4. На третьем почетном месте находится алюминий — в земной коре этот элемент достаточно распространен. Алюминий отлично проводит электричество и тепло, не подвержен коррозии, но легко подвергается сгибанию. Сплавы с алюминием пластичны, достаточно прочные, не ржавеют, хорошо свариваются и поддаются резке. Если говорить о самых прочных металлах среди самых легких, то алюминий может занять здесь первое место. Когда люди еще не умели получать этот металл промышленным путем, его цена была выше, чем на золото. Используется алюминий в ракетостроении, военной промышленности.
5. Титан — химический элемент серебристого цвета с плотностью 4, 5 г/см3. Титан получил статус самого твердого металла, характеризуется высокой антикоррозийной стойкостью, сохраняет исходные характеристики даже при температуре +300 градусов.

Самый легкий искусственный металл

Металлы бывают легче воды, но они всегда тяжелее сплавов. В Калифорнийском университете был разработан уникальный металлический сплав микролаттис — решетка из никелево-фосфорных трубок (металлическая микрорешетка). Хотя составляющие этого сплава имеют обычную плотность, он невероятно легкий. Например, в 100 раз легче пенопласта.

Микролаттис получен искусственно и на 99, 99% состоит из воздуха. В 2021 году его занесли в Книгу рекордов и официально признали самым легким металлом. В основе этого материала лежит металлическая решетка с ячеистой структурой из микропор и полые металлические трубки, пересекающиеся между собой крест-накрест. Каждая трубка в 1000 раз тоньше человеческого волоса — имеет ширину 100 нанометров. Представьте, что если положить кусочек миколаттиса на шапку одуванчика, она не деформируется. Необычная легкость достигается благодаря структуре материала, напоминающей кости живых организмов.

Несмотря на легкость, этот сплав выдерживает большие нагрузки наравне с другими металлами, которые встречаются в природе.

Где используют самые легкие металлы

Используют легчайшие металлы и их сплавы в разных производственных отраслях и во многих проектах. Особенно конструкции из легких металлов востребованы в:

• строительстве;
• медицине;
• металлургии;
• текстильной промышленности;
• фармацевтике;
• ядерной энергетике;
• автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Сейчас продолжаются исследования по разработке искусственных легчайших металлов, как микролаттис. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем появится уникальный по прочности и легкости материал, который превзойдет все известные металлы щелочной группы.

Интересует лазерная резка любых металлов и не только? Обращайтесь в компанию Мос-Лазер!

Легкие металлические конструкции: что это

Благодаря появлению легких металлоконструкций стало возможным сократить время строительства в 2-3 раза. На возведение ангаров и крупногабаритных сельскохозяйственных построек сегодня уходит не более двух месяцев. ООО «ЧЗМК» занимается изготовлением любых изделий из металлопроката. Мы оперативно выполняем заказы разного объема, придерживаемся оговоренных сроков сдачи. Каждое изделие проверяется на соответствие техническому заданию и госстандартам. Отправка заказов возможна в любой регион России.

Что такое ЛМК и ЛСТК, чем они отличаются

ЛМК и ЛСТК — это две относительно новые технологии возведения зданий. Основу построек составляет каркас из металлических профилей повышенной прочности разной формы. Чаще всего используют изделия Z и Ʃ конфигурации. Они способны выдержать большую нагрузку, чем С- и U-проофили.

Технология ЛМК, которая расшифровывается как легкие металлические конструкции, предполагает использование изделий из черного металла, полученных горячекатаным способом. Толщина профилей превышает 4 мм, за счет чего обеспечивается прочность постройки. При строительстве зданий по методу ЛСТК (легкие стальные тонкостенные конструкции) используют изделия из стали. Толщина стенок профилей составляет порядка 4 мм. Прочность каркаса в этом случае достигается за счет формы профиля, а не его размеров.

По технологии ЛМК строят:

• здания большой этажности;
• ангары;
• спортивные комплексы.

Тонкостенные профили используют при возведении:

• сельскохозяйственных построек;
• небольших складских помещений;
• офисных зданий и так далее.

При монтаже легких металлических конструкций профили соединяются болтами или свариваются. Если здание находится в районе, где возможны землетрясения, используют оба способа крепления одновременно. При сооружении построек из стальных металлоконструкций для соединения профилей берутся специальные саморезы повышенной прочности.

Цена черного металла и тонкостенной стали различается более чем на 30%. Соответственно, конечная стоимость работ при использовании каждого метода будет разной. Однако расход металла тоже различается. В итоге разница между стоимостью материала, необходимого для возведения здания, составляет около 10%.

Лучшего варианта не существует. Все зависит от условий эксплуатации здания. При возведении габаритных высотных построек используют черный металл. Небольшие здания, состоящие не более чем из трех этажей, можно строить, используя каркас из тонкостенных стальных профилей.

Сферы применения технологий ЛМК и ЛСТК

Современные технологии ЛСТК и ЛМК используют при возведении всех типов зданий (включая жилые). Такое широкое применение метода объясняется его надежностью. При выборе технологии учитывают, какую нагрузку должна выдерживать постройка. Изделия ЛМК более прочные. Их используют для строительства в регионах с большим количеством осадков. Такие здания зимой выдерживают снеговые нагрузки. Постройки из тонкостенной стали под длительным давлением толстого слоя снега могут обрушиться.

Строительство конструкций, каркас которых состоит из стальных профилей, оправдано, если в регионе выпадает малое количество осадков, а нагрузка на каркас здания будет небольшой.

Метод строительства выбирают после вычисления несущей способности здания. Второстепенные факторы, учитывающиеся при определении способа возведения постройки:

• стоимость материалов и работы;
• срок эксплуатации.

Конструкции из черного металла служат дольше.

Преимущества каркасов из ЛМК и тонкостенной стали

Каркасы из черных металлов устойчивы к воздействию агрессивных веществ (кислот, газов и прочее). На профили можно подвешивать оборудование разной массы (с учетом показателей несущей способности металлического сооружения). Используя ЛМК, строят здания:

• без ограничения высоты;
• с пролетами между опорами 30 м и больше.

Каркас из легких стальных конструкций имеет небольшой вес и собирается по типу конструктора. Сооружение в разобранном виде легко транспортировать с объекта на объект. Стоит такой каркас дешевле, чем сооружение из черного металла. Еще к достоинствам конструкций из стали относятся:

• быстрота и простота монтажа;
• долговечность (эксплуатационный период составляет 50 лет);
• надежность собранного каркаса;
• экологичность;
• ремонтопригодность.

Для монтажа легкой стальной конструкции не обязательно задействовать строительную бригаду. Достаточно привлечь 5-6 монтажников. На сборку небольшого здания у них уйдет не более нескольких недель. Возведение кирпичных или железобетонных построек таких же размеров займет гораздо больше времени. Дополнительно получится сэкономить деньги на оплате труда наемных работников. Чем быстрее проект готов к сдаче, тем меньше придется выделить средств на заработную плату строителям.

Вес здания, каркас которого выполнен из тонкостенной стали, в некоторых случаях от 2 раз меньше, чем масса построек из ЛМК. Чтобы выполнить монтаж металлоконструкций, не придется задействовать тяжелую специальную технику, что дополнительно снижает стоимость строительства.

Из-за малого веса сооружения отсутствует его усадка. Во время строительства практически нет отходов.

Мифы о ЛМК и ЛСТК, недостатки технологий

К недостаткам технологии часто относят тонкие стены получившегося сооружения. Они якобы не устойчивы к ударным нагрузкам, механическим повреждениям и морозам. Если отдельно рассматривать профиль из стали или черного металла, его действительно можно деформировать. При этом в некоторых случаях придется приложить немало усилий. В готовом виде сооружение прочное и нарушить его целостность непросто.

Второй недостаток, на который указывают потребители, низкий по сравнению с бетоном и кирпичом срок службы. Капитальные постройки рассчитаны на 70-120 лет использования. Однако в реальности они служат ненамного дольше, чем быстровозводимые здания.

Недостаток сооружений из ЛМК и ЛСТК — плохая теплоизоляция такой постройки. Эта проблема решается использованием теплоизоляционных материалов. Современные утеплители тонкие и имеют низкий показатель теплопроводности, не пропускают холодный воздух снаружи. Из-за небольшого веса нагрузка на каркас увеличивается несущественно. Перед реализацией проекта разрабатывается проектная документация. Она включает в себя не только чертеж будущей постройки, но и расчеты необходимых для конкретного региона страны показателей теплопроводности.

Короткий срок службы — еще один миф о стальных изделиях. Сам по себе металл действительно подвержен коррозии. Однако все изделия из стали покрывают слоем цинка. После процедуры они становятся устойчивыми к воздействию влаги. При контакте с другими веществами не происходит химическая реакция.

Не исключен и человеческий фактор. Однако он присутствует при любой технологии строительства. В случае с быстровозводимыми постройками вмешательство монтажника в процесс минимально. Отверстия под крепежные элементы наносятся на заводе. При этом часто используются станки с ЧПУ. Каждый элемент маркируется, что минимизирует вероятность ошибки при сборке каркаса.

Говоря о недостатках, стоит отметить низкую звукоизоляцию такого сооружения. Металл хорошо пропускает в помещение звуки с улицы. Однако, используя при строительстве качественные звукоизоляционные материалы, получится оградить жителей дома от посторонних шумов. Можно уложить плиты, которые одновременно препятствуют потерям тепла и проникновению звуков.

Легкие металлические конструкции нельзя использовать при сооружении здания на пучинистой почве, предварительно не проведя мероприятия по уменьшению вспучивания. Зимой велика вероятность деформации постройки. Это единственный серьезный минус каркасных зданий. Чтобы избежать перекоса здания, после проведения геологических исследований:

• готовится проект;
• рассчитывается глубина фундамента.

Дополнительно укладывается подушка из материалов, которые не набухают при изменении внешних условий (температуры, влажности). Чаще всего используют песок и гравий.

Несмотря на то что технология кажется простой, возведение постройки лучше доверить опытной строительной бригаде. На проведение работ по проектированию и сборке каркасных сооружений нужно иметь лицензию.

У стали низкая огнестойкость. Материал не поддерживает горение. Однако при определенной температуре он начинает плавиться. Это приводит к обрушениям. Перед монтажом профилей их покрывают составами, защищающими от воздействия огня.

Существенные недостатки чаще всего вызваны нарушением технологии строительства или использованием некачественных конструкций. Некоторые производители:

• неверно указывают технические характеристики профилей, балок и прочих изделий из металла;
• нарушают стандарты качества или меняют геометрию элемента;
• уменьшают слой цинка, что ведет к сокращению срока службы каркаса.

Приобретать профили нужно на заводах, где реализован контроль качества, а каждое готовое изделие проходит проверку на соответствие госстандартам.

Технологии ЛМК и ЛСТК имеют больше достоинств, чем недостатков. Если сравнивать стоимость капитальной постройки и каркасного здания, то экономия составит, в среднем 33%. Мощный фундамент для каркасных сооружений нужен в редких случаях. При строительстве малогабаритных одноэтажных построек (бытовок для временного проживания строителей, к примеру) можно его вообще не делать. В остальных случаях достаточно обустроить фундамент ленточного или свайного типа.

Источник https://fb.ru/article/285914/samyiy-legkiy-metall-kakie-suschestvuyut-legkie-metallyi

Источник https://mos-laser.ru/news/samye-legkie-metally.php

Источник https://chezmk.ru/stati/legkie-metallicheskie-konstruktsii-chto-eto/