- Платина, Плотность: 21,45 г/см3
- Дороже золота и алмазов
- Нейтронные звезды — сверхплотные объекты космоса
- Рений, Плотность :21,2 г/см 3
- На Земле впервые создана металлическая вода. Она оказалась золотой
- Плотность материи за пределами планеты Земля
- Характеристики самого плотного металла
- История открытия
- Где применяют
- 21. Тулий
- Чёрные дыры во Вселенной
- Вольфрам, Плотность: 19,25 г/см3
- Самый тяжелый металл
- 22. Медь
- 6. Плутоний — 19,80 г/см³
- 1. Иридий — 22,65 г/см³ – самый тяжелый металл
- 2. Осмий — 22,61 г/см³
- История открытия металлов
- Тантал, Плотность: 16,69 г/см3
- 4. Плазма кварков: 10 ^ 19 кг / м3.
- Яркие характеристики самых плотных металлов
- Особенности самого тяжелого и дорогого металла в мире
- Характеристики
- Где применяют
- Тайны самого редкого и плотного в мире металла
- Характеристики
- Места природного залегания
- 3. Преонная звезда: 10 ^ 23 кг / м3
- Топ-10 самых тяжелых металлов в мире
- Тантал
- Уран
- Вольфрам
- Золото
- Плутоний
- Нептуний
- Рений
- Платина
- Осмий
- Иридий
- 9. Уран — 19,05 г/см³
- Определение тяжелых металлов
- Свойства
- Химические
- Физические
- Нептуний — 20,47 г/см³
- Применение
Платина, Плотность: 21,45 г/см3
Платина является чрезвычайно редким металлом на Земле со средним содержанием 5 микрограммов на килограмм. Южная Африка является крупнейшим производителем платины с 80% мирового производства с небольшим вкладом США и России. Это плотный, пластичный и нереакционноспособный металл.
Помимо того, что платина является символом престижа (ювелирные изделия или аналогичные аксессуары), платина используется в различных областях, таких как автомобильная промышленность, где она используется для производства устройств контроля выбросов транспортных средств и для очистки нефти. Другие небольшие области применения включают, например, медицину и биомедицину, оборудование для производства стекла, электроды, лекарства от рака, датчики кислорода, свечи зажигания.
Дороже золота и алмазов
Добывается очень мало, около десяти тысяч килограммов в год. Даже крупнейший источник осмия, Джезказганское месторождение, содержит около трех частей на миллион. Биржевая стоимость редкого металла в мире достигает около 200 тысяч долларов за грамм. При этом максимальная чистота элемента в процессе очистки составляет примерно семьдесят процентов.
Хотя российским лабораториям удалось добиться чистоты 90,4 процента, количество металла не превышало нескольких миллиграммов.
Нейтронные звезды — сверхплотные объекты космоса
Проводя поиски за пределами нашей Земли, мы можем обнаружить самую тяжелую материю в космосе в нейтронных звездах.
Это достаточно уникальные обитатели космоса, один из возможных типов звездной эволюции. Диаметр таких объектов от 10 до 200 километров, с массой равной нашему солнцу или в 2-3 раза больше.
Это космическое тело состоит в основном из нейтронного ядра, состоящего из жидких нейтронов. Хотя, по некоторым предположениям ученых, он должен находиться в твердом состоянии, достоверных сведений на сегодняшний день не существует. Однако известно, что нейтронные звезды, доходящие до перераспределения сжатия, затем рождаются с колоссальным энерговыделением, порядка 10 43 -10 45 джоулей.
Плотность такой звезды можно, например, сравнить с весом горы Эверест, помещенной в спичечный коробок. Это сотни миллиардов тонн в одном кубическом миллиметре. Например, чтобы было понятнее, насколько высока плотность вещества, возьмем нашу планету с ее массой 5,9×1024 кг и «сделаем» ее нейтронной звездой.
В итоге, чтобы сравняться с плотностью нейтронной звезды, его надо уменьшить до размеров обычного яблока, диаметром 7-10 сантиметров. Плотность уникальных звездных объектов увеличивается по мере продвижения к центру.
Рений, Плотность :21,2 г/см 3
Элемент рений назван в честь Рейна в Германии после того, как он был открыт тремя немецкими учеными в начале 20 века. Как и другие металлы платиновой группы, рений также является драгоценным элементом на Земле и имеет вторую по величине температуру кипения и третью по величине температуру плавления среди всех известных элементов на Земле.
Из-за этих экстремальных свойств рений (в форме суперсплавов) широко используется в лопатках турбин и подвижных соплах практически всех реактивных двигателей по всему миру. Он также является одним из лучших катализаторов риформинга нафты (жидкой углеводородной смеси), изомеризации и гидрирования.
На Земле впервые создана металлическая вода. Она оказалась золотой
Большинству людей, хоть что-то понимающих в физике и технике, может показаться удивительным, что вода, способная дать удар током, на самом деле является изолятором.
Все дело в примесях. Водопроводная вода проводит электричество из-за содержащихся в ней солей. Дистиллированная вода, напротив, обладает свойствами диэлектрика, поскольку сами молекулы воды электрически нейтральны.
Следовательно, чтобы сделать дистиллированную воду проводником, необходимо изменить ее структуру таким образом, чтобы в ней появились свободные электроны.
Этого можно добиться, сжимая воду под давлением ок. 48 мегабар. На самом деле таким образом можно «выдавливать» электроны из молекул воды. Однако такое давление недостижимо в лабораторных или производственных условиях. К сожалению, он может существовать только в ядрах очень больших планет или звезд.
Еще один способ наделить воду свободными электронами — наделить ее чужими. Это то, что сделала исследовательская группа на объекте BESSY II в Берлине.
Установка для получения металлической воды.
Фото ХЗБ.
Необычный эксперимент объединил 11 научных институтов со всего мира. Ученые решили подарить электроны щелочного металла воде, которая легко отдает их из внешних оболочек своих атомов.
Проблема заключалась в том, как соединить воду с щелочным металлом, чтобы он поделился с ним своими электронами. Ведь в нормальных условиях щелочные металлы, попадая в воду, шипят, воспламеняются и даже взрываются. Поэтому исследователи не погружали металл в воду, а наносили тонкий слой воды на щелочной металл.
Внутри вакуумной камеры из сопла капал сплав натрия и калия. Поясним, что оба эти металла находятся в жидком состоянии при комнатной температуре. Затем водяной пар вводился в камеру по трубам. Он наносился чрезвычайно тонким слоем на капли металла.
Последовательность образования металлической воды на капле натрий-калиевого сплава. Он становится золотом, когда электроны и катионы металлов перемещаются в слой воды.
Фото ХЗБ.
Читайте также: Пластиковые детали ручной работы
Электроны и катионы (атомы без электронов) металлов вытекали из капель во внешний слой воды. В результате получилась электропроводящая вода. То есть вода из диэлектрика (плохо проводящего ток) превращается в металл.
«И вы можете увидеть фазовый переход от воды к металлу невооруженным глазом! — говорит Роберт Зайдель, автор исследования. — Серебристая капля натрия и калия становится явно золотой, что очень впечатляет».
Исследователи изучили полученный образец короткоживущей металлической воды с помощью оптической и синхротронной рентгеновской фотоэлектронной спектроскопии. Анализ подтвердил, что вода превратилась в металл.
«Наше исследование не только показывает, что металлическую воду можно производить на Земле, но также обладает спектроскопическими свойствами, связанными с ее красивым золотым металлическим блеском», — говорит Зайдель.
Результаты любопытного исследования были опубликованы в журнале Nature.
Ранее мы писали о том, как физики согнули ледяное волокно в дугу, как исследователи ННГУ создали девятислойный кремний, излучающий свет в 100 раз лучше. А еще мы говорили о том, как физики стали гибкими, как резина, алмазы. О, наука, спасибо тебе за все это «волшебство»!
Больше новостей из мира науки можно найти в разделе «Наука» медиаплатформы «В поисках».
Плотность материи за пределами планеты Земля
Осмий, несомненно, является лидером самых тяжелых элементов на нашей планете. Но если мы обратим свой взор в космос, нашему вниманию откроются многие вещества тяжелее нашего «короля» тяжелых элементов.
Дело в том, что во Вселенной существуют условия несколько иные, чем на земле. Тяжесть сериала настолько велика, что материя невероятно сжата.
Если мы рассмотрим строение атома, то обнаружим, что расстояния в межатомном мире чем-то напоминают космос, который мы видим. Где планеты, звезды и прочее находятся на достаточно большом расстоянии. Остальное связано с пустотой. Такую структуру имеют атомы, и при сильной гравитации это расстояние совсем немного уменьшается. Вплоть до «вдавливания» одних элементарных частиц в другие.
Характеристики самого плотного металла
Ученые сошлись во мнении, что, несмотря на почти одинаковую плотность, иридий совсем немного уступает самому тяжелому металлу. Однако полные физико-химические свойства этих двух элементов еще не изучены.
Стоимость осмия определяется его редкостью и трудоемкостью добычи – в среднем 15 000 долларов за грамм. Он входит в группу платины и условно считается благородным, но название металла противоречит его статусу: в переводе с греческого «осме» означает «запах». Из-за высокой химической активности осмий пахнет смесью чеснока или редьки с хлором.
Температура плавления самого тяжелого металла составляет 3033 °С, а кипит он при 5012 °С.
Осмий застывает из расплава и образует красивые кристаллы интересного голубого или серебристо-голубого оттенка. Но, несмотря на свою красоту, он не пригоден для изготовления драгоценных аксессуаров, так как не обладает необходимыми для ювелиров свойствами: податливостью и пластичностью.
Элемент ценен только своей особой силой. Сплавы, в которые добавляют очень малые дозы самого тяжелого металла, становятся невероятно прочными. Обычно ими покрывают узлы, подверженные постоянному трению.
История открытия
1803-1804 годы стали переломными для самого тяжелого металла: именно в это время открытие происходило практически в конкурентных условиях.
Во-первых, английский химик Смитсон Теннант и его помощник Уильям Хайд Волластон, сделавшие не одно важное открытие, в ходе опыта с платиновыми рудами и азотной и соляной кислотами обнаружили необычный осадок с характерным запахом и поделились открытием с другими.
Затем эстафету приняли французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен, объявившие на основе предыдущих и собственных исследований об открытии нового элемента. Название ему дали «птэн», что означает «летающий», так как в результате опытов получили летящий черный дым.
Однако Теннант не спал: он продолжал свои исследования и не упускал из виду опыт французов. Наконец, Смитсон получил более конкретные результаты и указал в официальном документе, направленном в Лондонское королевское общество, что он разделил Pt на два родственных элемента: иридий («радуга») и осмий («запах»).
Где применяют
Список областей применения достаточно обширен: авиация, военная и ракетная техника, космическая отрасль, медицина. Хотя производители оружия уже думают, чем заменить самый тяжелый в мире металл, так как осмий слишком сложен в обработке.
Почти половина мировых запасов самого тяжелого металла отдается на нужды химической промышленности. Они окрашивают живые ткани под микроскопом, обеспечивая их сохранность. Кроме того, его используют в качестве красителя при росписи фарфора.
Изотопы самого тяжелого металла используются для изготовления контейнеров для хранения ядерных отходов.
И этот элемент также используется в производстве элитных «вечных» перьевых ручек и часов Rolex».
21. Тулий
- Тм
- Плотность металла — 9,32 г/см3
- Атомный вес — 168,93 г/моль
- Температура плавления — 1544,85 ˚С
Тулий не встречается в природе в чистом виде, чаще всего он встречается в минералах, содержащих иттрий и гадолиний. Этот тяжелый металл получают из монацитовой руды, а также в ходе ионообменной реакции.
Тулий
Тулий используется в производстве лазеров и термоэлектрических материалов, его также можно использовать в высокотемпературных проводниках.
Чёрные дыры во Вселенной
Стоит обратить внимание на то, что уже открыто сегодня. Это черные дыры. Возможно, именно эти загадочные объекты могут оспорить тот факт, что их составной частью является самое тяжелое вещество во Вселенной. Обратите внимание, что гравитация черных дыр настолько сильна, что свет не может уйти.
По предположениям исследователей, материя, втянутая в область пространства-времени, сжимается настолько, что между элементарными частицами нет пространства.
К сожалению, за горизонтом событий (так называемый предел, за которым свет и любой объект под действием гравитационных сил не может покинуть черную дыру) следуют наши догадки и косвенные предположения, основанные на излучении потоков частиц.
Ряд исследователей предполагают, что за горизонтом событий пространство и время смешиваются. Есть мнение, что они могут быть «проходом» в другую вселенную. Возможно, это соответствует истине, хотя вполне возможно, что за этими границами открывается другое пространство с совершенно новыми законами. Область, где время будет меняться «местом» с пространством. Расположение будущего и прошлого определяется только выбором следующего. Как наш выбор идти направо или налево.
Потенциально возможно, что во Вселенной есть цивилизации, освоившие путешествия во времени через черные дыры. Возможно, в будущем люди с планеты Земля откроют тайну путешествия во времени.
Вольфрам, Плотность: 19,25 г/см3
Чаще всего вольфрам используется в лампах накаливания и рентгеновских трубках, где высокая температура плавления важна для эффективной работы в условиях сильной жары. В чистом виде температура плавления, пожалуй, самая высокая среди всех металлов, встречающихся на Земле. Китай является крупнейшим в мире производителем вольфрама, за ним следуют Россия и Канада.
Чрезвычайно высокая прочность на растяжение и относительно легкий вес также сделали его подходящим материалом для производства гранат и снарядов, где он сплавляется с другими тяжелыми металлами, такими как железо и никель.
Самый тяжелый металл
Ученые до сих пор спорят о том, какой металл самый тяжелый:
- осмий (атомная масса — 76);
- иридий (атомная масса — 77).
Массы обоих металлов отличаются буквально на тысячные доли.
Иридий
открыт в 1803 году англичанином Теннутом.
Исследователь работал с полиметаллическими рудами, где в разных пропорциях наблюдалось присутствие серебра, платины и свинца.
К удивлению химика, там был и иридий. Открытие английского химика было уникальным, так как в земной коре иридия практически нет. Его находят только в том случае, если на место поиска когда-либо падал метеорит. Ученые склонны считать, что малое присутствие иридия в земной коре обусловлено именно его массой. Существует научное мнение, что большая часть иридия буквально «просочилась» в центр земной коры в момент рождения Земли.
Основные характеристики иридия:
- устойчивость к механическим и химическим воздействиям (иридий практически не поддается никакой обработке);
- огромная химическая инертность.
В промышленности изотоп иридия используется палеонтологами при раскопках для определения искусственных.
Осмий был открыт на год позже — в 1804 году. Он также встречается в полиметаллических рудах. Этот металл также обрабатывается с наибольшим трудом, как химическим, так и механическим способом.
На планете Земля осмий, как и иридий, встречается в местах падения метеоритов.
Однако есть несколько регионов, где отмечаются крупные залежи осмия:
- Казахстан;
- Америка;
- Южная Африка (здесь особенно велики месторождения осмия).
В промышленности осмий используют для изготовления ламп накаливания. Кроме того, он используется там, где требуются огнеупорные материалы. А из-за повышенной плотности осмия его применяют врачи – из него изготавливают хирургические инструменты.
22. Медь
- Cu
- Плотность металла — 8,92 г/см3
- Атомный вес — 63,55 г/моль
- Температура плавления — 1083,4 ˚С
Медь была одним из первых металлов, открытых человеком. Несмотря на свою мягкость, из него изготавливали пластины и инструменты, а сплав меди и бронзы применяли для изготовления оружия. Индейцы использовали медь для изготовления монет.
Медь
В настоящее время этот тяжелый металл широко используется в электротехнике, производстве труб и боеприпасов, а сплав меди и золота используется в ювелирных изделиях.
6. Плутоний — 19,80 г/см³
Первый искусственный химический элемент, производство которого началось в промышленных масштабах практически сразу после его открытия.
Он назван в честь Плутона, который был понижен в должности в 2006 году, лишив его статуса планеты.
Первоначально интерес к плутонию был обусловлен его военными применениями. Высокая плотность и аномально высокая сжимаемость позволили получить компактные, мощные и конструктивно простые атомные заряды.
Все изотопы плутония радиоактивны. «Реакторный» изотоп плутония позволяет создавать долгоживущие необслуживаемые (до ста лет эксплуатации) источники энергии.
1. Иридий — 22,65 г/см³ – самый тяжелый металл
Этот металл по праву может претендовать на звание элемента с наибольшей плотностью. Но споры о том, какой металл тяжелее — иридий или осмий, — продолжаются до сих пор. А все дело в том, что любая примесь может снизить плотность этих металлов, а получить их в чистом виде — очень сложная задача.
Теоретически рассчитанная плотность иридия составляет 22,65 г/см³. Он почти в три раза тяжелее железа (7,8 г/см³). И почти в два раза тяжелее самого тяжелого жидкого металла — ртути (13,6 г/см³).
Как и осмий, иридий был открыт английским химиком Смитсоном Теннантом в начале 19 века. Странно, что Теннант нашел иридий вовсе не целенаправленно, а случайно. Он был обнаружен в примеси после растворения платины.
Иридий в основном используется в качестве отвердителя платинового сплава для оборудования, которое должно выдерживать высокие температуры. Он перерабатывается из платиновой руды и является побочным продуктом добычи никеля.
Название «иридий» переводится с древнегреческого как «радуга». Это связано с наличием в металле солей разного цвета.
Самый тяжелый металл в периодической таблице Менделеева очень редко встречается в земных веществах. Следовательно, высокая концентрация в образцах горных пород является маркером их метеоритного происхождения. Ежегодно в мире добывается около 10 000 кг иридия. Его крупнейшим поставщиком является Южная Африка.
2. Осмий — 22,61 г/см³
Название происходит от греческого «запах», так как некоторые химические реакции с осмием приводят к выделению соединения с очень стойким плохим «ароматом».
В химии и промышленности используется как катализатор. Прочность и химическая нейтральность делают металл незаменимым в производстве медицинских имплантатов.
История открытия металлов
Оба элемента были открыты в начале 19 века Смитсоном Теннантом. Многие ученые в свое время изучали свойства необработанной платины и лечили ее «царской водкой». Только Теннант смог обнаружить в образовавшемся осадке два химических вещества:
- осадочный элемент со стойким запахом хлора, названный ученым осмием;
- вещество с изменяющимся цветом называется иридий (радуга).
Оба элемента были представлены единым сплавом, который исследователь смог разделить. Дальнейшие исследования самородков платины провел русский химик К. Клаус, тщательно изучивший свойства осадочных элементов. Сложность определения самого тяжелого металла в мире заключается в малой разнице их плотности, которая не является постоянной величиной.
Тантал, Плотность: 16,69 г/см3
Тантал относится к группе тугоплавких металлов и составляет небольшую долю в различных типах сплавов. Это твердый, редкий и очень устойчивый к коррозии материал, что делает его идеальным материалом для высокопроизводительных конденсаторов, идеально подходящих для домашних компьютеров и электроники.
Еще одним важным применением тантала являются хирургические инструменты и имплантаты тела из-за его способности связываться непосредственно с твердыми тканями нашего тела.
4. Плазма кварков: 10 ^ 19 кг / м3.
Мы делаем невероятные вещи. И при этом они настолько замечательны, что их присутствия, конечно же, не наблюдается. Начнем эту новую фазу с так называемой «кварковой плазмы». Считается, что это состояние материи, поскольку Вселенная существовала всего через несколько миллисекунд после Большого взрыва.
В этой невероятно плотной плазме содержалось все, что могло породить Космос. Его возможное существование у истоков Вселенной было продемонстрировано, когда в 2011 году ученым на Большом адронном коллайдере удалось создать вещество, заставляющее атомы свинца сталкиваться (извините за избыточность) друг с другом со скоростью (почти) скорости легкий.
Яркие характеристики самых плотных металлов
Экспериментально полученные вещества представляют собой порошок, достаточно трудно поддающийся обработке, кованые металлы требуют очень высоких температур. Наиболее распространенной формой содружества иридия с осмием является сплав осмиевого иридия, который добывают в месторождениях платины, золотых залежах.
Метеориты, богатые железом, считаются наиболее распространенным местом обнаружения иридия. Самородного осмия в природе не существует, только в содружестве с иридием и другими компонентами платиновой группы. В отложениях часто встречаются соединения серы с мышьяком.
Особенности самого тяжелого и дорогого металла в мире
Среди элементов периодической таблицы Менделеева осмий считается самым дорогим. Серебристый металл с голубоватым оттенком относится к платиновой группе благородных химических соединений. Плотнейший, но очень хрупкий металл не теряет блеска под воздействием высоких температурных показателей.
Характеристики
- Элемент № 76 Осмий имеет атомную массу 190,23 а.е.м.;
- Вещество, плавящееся при 3033°С, будет кипеть при 5012°С.
- Самый тяжелый материал имеет плотность 22,62 г/см³;
- Структура кристаллической решетки имеет шестиугольную форму.
Несмотря на невероятно холодный блеск серебристого блеска, осмий не пригоден для изготовления украшений из-за своей крайней токсичности. Чтобы расплавить драгоценности, потребуется температура, подобная температуре поверхности солнца, потому что самый плотный металл в мире разрушается механическим воздействием.
При превращении в порошок осмий взаимодействует с кислородом, реагирует с серой, фосфором, селеном, реакция вещества с царской водкой протекает очень медленно. Осмий не обладает магнетизмом, сплавы склонны к окислению и образованию кластерных соединений.
Где применяют
Самый тяжелый и невероятно плотный металл обладает высокой износостойкостью, поэтому добавление его в сплавы значительно повышает их прочность. Использование осмия в основном связано с химической промышленностью. Кроме того, он используется для следующих нужд:
- производство контейнеров, предназначенных для хранения отходов ядерного синтеза;
- для нужд ракетостроения, производства оружия (боеголовки);
- в часовой промышленности для производства механизмов брендовых моделей;
- для изготовления хирургических имплантатов, деталей кардиостимуляторов.
Интересно, что самый плотный металл считается единственным в мире элементом, который не подвергается агрессии «адской» смеси кислот (азотной и соляной). Алюминий в сочетании с осмием становится настолько ковким, что его можно вытягивать, не ломая.
Тайны самого редкого и плотного в мире металла
Принадлежность иридия к платиновой группе придает ему свойство невосприимчивости к обработке кислотами и их смесями. В мире иридий получают из анодного шлама медно-никелевого производства. После обработки шлама водной водой осадок прокаливают, в результате чего происходит извлечение иридия.
Характеристики
Самый твердый серебристо-белый металл обладает следующей группой свойств:
- элемент периодической таблицы Иридий № 77 имеет атомную массу 192,22 а.е.м.;
- вещество, плавящееся при 2466°С, будет кипеть при 4428°С;
- плотность расплавленного иридия в пределах 19,39 г/см³;
- плотность элемента при комнатной температуре – 22,7 г/см³;
- кристаллическая решетка иридия связана с гранецентрированным кубом.
Тяжелый иридий не меняется под воздействием обычной температуры воздуха. Результатом прокаливания под действием нагревания при определенных температурах является образование поливалентных соединений. Порошок свежего осадка иридиевой черни пригоден для частичного растворения водой из воды, а также раствором хлора.
Места природного залегания
Залежи самого плотного металла в природе, иридия, невелики, намного меньше, чем платина. Предположительно, самое тяжелое вещество переместилось в ядро планеты, поэтому объем промышленного производства элемента невелик (около трех тонн в год). Изделия из иридиевого сплава могут прослужить до 200 лет, украшения будут более долговечными.
Самородки самого тяжелого металла с неприятным запахом осмия в природе не встречаются. В составе минералов встречаются следы осмиевого иридия вместе с платиной и палладием, рутением. Месторождения осмия и иридия разведаны в Сибири (Россия), некоторых штатах Америки (Аляска и Калифорния), Австралии и Южной Африке.
Если будут найдены месторождения платины, можно будет выделить осмий с иридием для укрепления и укрепления физических или химических соединений различных продуктов.
3. Преонная звезда: 10 ^ 23 кг / м3
Мы вошли в тройку с объектами, существование которых не подтверждено, потому что все основано на предположениях и теориях физики. Поэтому упомянутая выше кварковая плазма в настоящее время является самой плотной материей во Вселенной.
Преонные звезды — это звезды, существование которых возможно (и теоретически должно существовать) по законам физики, но они настолько малы, что мы не можем их обнаружить. Астрофизики считают, что это космическое явление, которое позволяет некоторым субатомным частицам (включая кварки) образовывать звезды такого типа. Эти гипотетические звезды будут иметь плотность в 47 миллионов раз больше плотности нейтронной звезды. Другими словами, представьте, что вся масса Солнца сжата в мяч для гольфа. Это преоновая звезда. Однако его существование не доказано. Все гипотетично.
Топ-10 самых тяжелых металлов в мире
Предлагаю вам ознакомиться с предметами согласно их рейтингу.
Тантал
Считающийся редким и не очень тяжелым металлом, он имеет плотность 16,65 г/см³. Его используют хирурги – он практически не поддается разрушению и не ржавеет, легко поддается обработке.
Уран
Плотность урана 19,07 г/см³. Главное отличие от аналогов – естественная радиоактивность. В процессе превращения, которому подвергаются атомы урана, вещество превращается в другой излучающий элемент. Цепочка превращений состоит из 14 стадий, одна из них — превращение в радий, последняя стадия — образование свинца. Правда, для полного перехода от урана к свинцу потребуется не один миллиард лет.
Вольфрам
Вольфрам (19,25 г/см³) в шутку называют идеальным кандидатом для подделки золотых слитков. Это самый тугоплавкий материал, температура плавления близка к солнечной фотосфере — 3422°С. Поэтому лучше всего подходит для катушек в лампах накаливания.
Золото
Плотность золота 19,3 г/см³. Мягкий, пластичный, с хорошей тепло- и электропроводностью, не боится химического воздействия. Золото находится не только на поверхности земли в 5 раз больше его содержится в ядре планеты.
Плутоний
Этот элемент является одной из стадий радиоактивного превращения урана. Он также содержится в недрах планеты, но в небольших количествах. Его плотность составляет 19,7 г/см³. Из-за своей радиоактивности плутоний всегда горячий, но плохо проводит электричество и тепло.
Нептуний
Это еще одно детище урана, полученное в ходе ядерных реакций. Плотность – 20,25 грамм на кубический сантиметр. Нептуний — достаточно мягкий и податливый материал, медленно реагирующий с воздухом и водой.
Рений
Рений — еще один тугоплавкий, ковкий, устойчивый к окислению элемент. Температура плавления — 2000 °С. Всего мировые запасы элемента составляют примерно 17 000 тонн. Плотность рения 21,03 г/см³. Он используется в медицине, ювелирном деле, вакуумной технике, электронных приборах и металлургии.
Платина
Платина — хоть и не самый тяжелый металл, но довольно близка к этому — 21,45 г/см³. Его используют не только ювелиры, но и хирурги, специалисты по инвестициям, химическая и стекольная промышленность, автомобильная промышленность, биомедицина и электроника. Платина исключительно твердая и ее трудно поцарапать. Этот элемент в 30 раз реже золота.
Осмий
Плотность 22,6 г/см³ — это самый тяжелый металл в мире, он твердый, но достаточно хрупкий. Как бы вы его ни нагревали, он ни при каких обстоятельствах не потеряет свой блеск и голубовато-серый оттенок. Трудно поддается лечению, возникает в основном в местах падения метеоритов.
Иридий
Разница между иридием и осмием в плотности составляет сотые доли грамма. Иридий тугоплавкий, редкий, ценный. Не взаимодействует с кислотами, воздухом и водой. Он используется для проверки сварных швов, а в палеонтологии и геологии используется как индикатор слоя, образовавшегося после падения метеорита.
9. Уран — 19,05 г/см³
Это самый тяжелый элемент на Земле, учитывая его атомную массу — 238,0289 г/моль. В чистом виде уран представляет собой тяжелый металл серебристо-коричневого цвета, который почти в два раза плотнее свинца.
Как и плутоний, уран является необходимым компонентом для создания ядерного оружия.
Определение тяжелых металлов
На сегодняшний день существует две основные группы аналитических методов, позволяющих определять тяжелые металлы (например, в воде или почве), а именно:
- электрохимические методы;
- спектрометрические методы.
Следует отметить, что вторая группа постепенно сдает позиции и уступает место электрохимическим методам.
Среди спектрометрических методов следует выделить наиболее распространенный — атомно-абсорбционную спектрометрию с различным распылением образцов. В случае необходимости одновременного определения нескольких элементов основными методами определения являются атомно-эмиссионная спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой, а также масс-спектрометрия с индуктивно-связанной плазмой.
Для определения тяжелых металлов электрохимическими методами пробу переносят в водный раствор. К электрохимическим методам относятся: полярографический (вольтамперометрический), потенциометрический, кулонометрический, кондуктометрический и многие другие. Следует отметить, что бывают ситуации, когда невозможно определить тяжелые металлы только одним методом, тогда применяют несколько методов одновременно с дополнительным титрованием. Эти методы основаны на анализе вольт-амперных характеристик, потенциалов ионоселективных электродов, интегрального заряда, служащего для обеспечения осаждения целевого металла на электроде электрохимической ячейки, электропроводности раствора и т.д. Эти методы позволяют определять тяжелые металлы до 10-9 моль/л.
В группу спектральных анализов входит множество различных методов определения тяжелых металлов. Прежде всего, он включает в свой перечень атомно-эмиссионный анализ, атомно-абсорбционный анализ, спектрофотометрию, масс-спектрометрию, спектрометрию с индуктивно-связанной плазмой, рентгеноспектральный анализ.
В ряде случаев, когда концентрация тяжелых металлов находится на достаточно низком уровне, их часто определяют несколькими методами спектрометрии.
Иногда для определения тяжелых металлов приходится прибегать к комплексным методам, сочетающим в себе как спектральные, так и электрохимические методы. Одним из таких методов является спектрополяриметрический анализ.
Свойства
Осмий выглядит как голубоватый серебристый металл. Это один из самых плотных элементов, его плотность составляет 22 600 килограммов на кубический метр, но при этом ткань достаточно хрупкая, легко рвется и крошится. Он имеет высокий удельный вес и способен сиять даже при довольно высоких температурных воздействиях. Из-за параметров и значительной температуры плавления трудно поддается механической обработке. В природе он существует в виде семи изотопов, шесть из которых считаются стабильными, это осмий-184, осмий-187, осмий-188, осмий-189, осмий-190 и осмий-192. В лаборатории были получены радиоактивные изотопы металлов с массовыми числами от 162 до 197, а также искусственно получены некоторые ядерные изомеры.
Осмий по своим свойствам негативно влияет на все живые организмы.
Практически все соединения с этим металлом вызывают поражение внутренних органов, нарушения зрения и слуха. При отравлении парами осмия могут наступить необратимые поражения организма и смерть. Ученые проводили эксперименты на животных, результатами которых стало быстрое развитие анемии, отсутствие нормальной работы легочной функции. Был сделан вывод, что это быстро развивающийся отек. Четырехокись осмия, которая используется в медицине, является очень агрессивным веществом и имеет самый мерзкий запах в мире. При отравлении страдает кожа, она меняет цвет на зеленый или черный, часто это сопровождается ранами и трещинами, которые очень долго заживают.
Работники в производственных помещениях подвергаются наибольшему риску; по всем нормам безопасности работают только в средствах защиты органов дыхания и спецодежде. Все емкости, содержащие оксид осмия, пломбируются и хранятся по правилам. Для получения невьянскитовых минералов платину переводят в раствор с использованием водной воды. Затем полученный осадок обрабатывают 8-кратным цинком — такой сплав относительно легко переходит в порошкообразное состояние, которое затем сплавляют с перекисью бария. Следующий этап – обработка полученной массы царской водкой, перегонка через аппарат для выделения четырехокиси осмия.
При воздействии на вещество раствором щелочи получается соль. Раствор соли подвергают воздействию гипосульфита, в результате чего металл уже осаждается с помощью хлорида аммония в виде соли Фреми. Осадок промывают, фильтруют и прокаливают. Результатом всех этих действий является губчатый осмий. Затем его очищают кислотами, восстанавливают в электропечи в токе водорода и охлаждают. Так что получите образцы осмия до 99,9%.
Химические
Свойства этого элемента, с точки зрения химии, удивительны. Наиболее важными из них являются следующие.
- Осмий совершенно не реагирует со щелочами и кислотами. В реакции со щелочными расплавами образует водорастворимые осматы. Взаимодействие со смесью азотной и соляной кислот приводит к чрезвычайно медленной реакции.
- Высокотоксичен даже в микроскопических дозах. Оксид осмия, выделенный из платины, особенно токсичен.
- Температура кипения металла не может быть определена, так как он особенно тугоплавкий.
- Металл в порошке легко вступает в реакцию нагревания с такими веществами: чистый кислород, галогены, серная или азотная кислота.
- В различных соединениях он получает оксидные числа от -2 до +8. Наиболее распространены +2, +3, +4 и +8.
- Умеет формировать кластерные соединения.
- Важнейшие минералы относятся к твердым растворам и представлены сплавами иридия с осмием — это сысертскит и невьянскит. Также сысерскит имеет другое название – осмий-иридий, а невьянскит – осмий-иридий.
Физические
Плотность осмия составляет примерно 22,61 грамма на кубический сантиметр. Кристаллы имеют красивую серебряную кожуру с различными оттенками от серого до синего. В слитках появляется темно-синяя окраска, в порошке — фиолетовая. Весь металл имеет серебристый блеск. Токсичность элемента не позволяет использовать его в ювелирной промышленности. Наиболее важные физические характеристики отмечены следующим образом.
- Температура плавления этого элемента достаточно высока, плавление возможно при температуре выше 3000 градусов Цельсия.
- Металл не имеет магнитных свойств.
- Невероятная твердость. Сплавы с добавлением этого металла приобретают повышенную износостойкость, долговечность, антикоррозийность, стойкость к механическим воздействиям.
- Температура кипения 5012 ºC.
- Твердость по шкале Мооса равна 7.
- Твердость по Виккерсу 3-4 ГПа.
Нептуний — 20,47 г/см³
Он был получен искусственно из урана путем ядерных реакций. Интересно, что она была названа не в честь древнегреческого божества Нептуна, а косвенно — из-за практической невидимости в природе в честь планеты Нептун, которая сама была названа в честь божества, но долгое время не поддавалась наблюдения астрономов.
Самостоятельного значения этот металл не имеет, но в радиохимической промышленности является «плацдармом» от урана к производству следующего важного радиоматериала — плутония.
Применение
Добавление осмия в различные сплавы делает их более прочными, прочными, не подверженными механизации и коррозии.
- Электрохимическая промышленность: используется в соединениях вольфрама, никеля и кобальта. Все изделия долговечны.
- Введение в металлические изделия металла платиновой группы повышает их прочность. Для изготовления острых ножей, изделий медицинского и технического назначения требуется очень мало материала.
- Перьевые ручки с наконечниками не изнашиваются в течение длительного периода времени.
- В кардиологии: металл нашел свое применение в имплантатах (кардиостимуляторах) и при замене клапанов в легочном стволе.
- В сочетании с вольфрамом он используется для производства нитей накала для электрических ламп.
- Он не обладает магнитным притяжением, благодаря чему нашел свое применение в изготовлении деталей часов.
- Катализаторы из него используют в производстве лекарств, синтезируют аммиак. Высший оксид этого металла используют при производстве искусственных лекарств и в лаборатории — окрашивают ткани под микроскопом.
- Цельный металл используется для изготовления опор и валов высокоточных измерительных приборов. Из-за своей твердости металл используется в приборостроении.
- Осмий-187 и другие изотопы используются в тяжелой промышленности: ракетах, авиалайнерах, военной технике. Благодаря своей прочности он помогает выдерживать экстремальные условия.