Титан был открыт в конце XVIII века независимыми учеными из Англии и Германии. В периодической таблице элементов Д.И. Менделеева расположился в 4 группе с атомным номером 22. Довольно продолжительное время ученые не видели в титане никаких перспектив, поскольку он был очень хрупким. Но в 1925 году голландские ученые И. де Бур и А. Ван Аркель в лаборатории смогли получить чистый титан, который стал настоящим прорывом во всех отраслях.

Свойства титана

Чистый титан оказался невероятно технологическим. Он обладает пластичностью, малой плотностью, высокой удельной прочностью, коррозийной стойкостью, а также прочностью при воздействии на него высоких температур. Титан в два раза прочнее стали и в шесть раз прочнее . В сверхзвуковой авиации титан незаменим. Ведь на высоте 20 км развивает скорость, превышающую скорость звука в три раза. При этом температура корпуса самолета накаляется до 300оС. Такие условия выдерживают лишь титановые сплавы.

Титановая стружка пожароопасная, а титановая пыль вообще может взорваться. При взрыве температура вспышки может достигать 400оС.

Самый прочный на планете

Титан настолько легкий и прочный, что из его сплавов изготавливают корпуса самолетов и подводных лодок, бронежилеты и броню танков, а также применяют в ядерной технике. Еще одно замечательное свойство данного металла заключается в его пассивном воздействии на живые ткани. Только из делают остеопротезы. Из некоторых соединений титана изготавливают полудрагоценные камни и ювелирные украшения.

Химическая промышленность также не оставила титан без внимания. Во многих агрессивных средах металл не поддается коррозии. Диоксид титана используется для изготовления белой краски, при производстве пластика и бумаги, а также в качестве пищевой добавки Е171.

В шкале твердости металлов титан уступает лишь платиновым металлам и вольфраму.

Распространение и запасы

Титан довольно распространенный металл. В по этому показателю он занимает десятое место. В земной коре содержится порядка 0,57% титана. На данный момент ученым известно свыше ста минералов, в которых содержится металл. Его месторождения разбросаны практически по всему миру. Добычей титана занимаются в Китае, ЮАР, России, Украине, Индии и Японии.

Прогресс

Уже несколько лет ученые проводят исследования над новым металлом, который был назван «ликвид-металл». Данное изобретение метит на звание нового, самого прочного метала на планете. Но пока еще в твердом виде он не получен.

Металл люди начали использовать еще в древности. Самый доступный в природе и поддающийся обработке металл - медь. Медные изделия в виде домашней утвари находят археологи при раскопках древних поселений. По мере роста технического прогресса человек научился делать сплавы из различных металлов, которые пригодились ему при изготовлении предметов быта и оружия. Так и появился самый крепкий металл в мире.

Титан

Этот необычайно красивый серебристо-белого цвета металл был открыт почти одновременно в конце 18 столетия двумя учеными - англичанином У. Грегори и немцем М. Клапротом. По одной версии, титан получил свое название в честь персонажей древнегреческих мифов, могучих Титанов, по другой - от Титании, королевы фей из германской мифологии - из-за своей легкости. Однако тогда применение ему не нашли.

Затем в 1925 году физики из Голландии смогли выделить чистый титан и открыли множество его преимуществ. Это - высокие показатели технологичности, удельной прочности и устойчивости к влиянию коррозии, очень большая прочность при высоких температурах. Также имеет высокую антикоррозионную стойкость. Эти фантастические показатели сразу привлекли инженеров и конструкторов.

В 1940 году ученый Кроль получил чистый титан с помощью магниетермического метода, и с тех пор этот метод является основным. Добывается самый крепкий металл на земле во многих местах в мире - России, Украине, Китае, ЮАР и других.

Титан прочнее железа в два раза по механическим показателям, в шесть раз - алюминия. Сплавы титана являются на данный момент самыми прочными в мире, и поэтому нашли применение в военной (конструкции подводных лодок, ракет), кораблестроительной и авиационной промышленностях (на сверхзвуковых самолетах).

Этот металл также невероятно пластичен, поэтому из него можно изготовить любую форму – листы, трубы, проволоку, ленту. Широко используют титан для изготовления медицинских протезов (при этом он биологически идеально совместим с тканями организма человека), ювелирных изделий, спортивного инвентаря и др.

Также применяют его в химическом производстве за счет его антикоррозионных свойств, этот металл в агрессивной среде не корродирует. Так, в испытательных целях пластину титана поместили в морскую воду, и за 10 лет он даже не покрылся ржавчиной!

За счет своего высокого электросопротивления и свойств ненамагничивания он широко применяется в радиоэлектронике, например, в конструктивных деталях мобильных телефонов. Очень перспективно применение титана в области стоматологии, особенно важна его способность срастаться с костной тканью человека, что дает прочность и монолитность при протезировании. Широко его используют при изготовлении медицинских инструментов.

Уран

Природные окислительные свойства урана использовались еще в древности (1 век до н.э.) при изготовлении желтой глазури в керамических изделиях. Один из наиболее известных в мировой практике прочных металлов, он является слаборадиоактивным и используется при производстве ядерного топлива. ХХ век даже называли «веком Урана». Этот металл обладает парамагнитными свойствами.

Уран тяжелее железа в 2,5 раза, образует множество химических соединений, в производстве используют его сплавы с такими элементами, как олово, свинец, алюминий, ртуть, железо.

Вольфрам

Это не только самый крепкий металл в мире, но и очень редкий, который даже нигде не добывается, а получен был химическим путем еще в 1781 году в Швеции. Самый устойчивый к температурам металл в мире. Благодаря высокой тугоплавкости хорошо поддается ковке, при этом его вытягивают в тонкую ниточку.

Самое известное его применение - вольфрамовая нить накаливания в лампочках. Широко используется для производства специальных инструментов (резцов, фрез, хирургических) и в ювелирном производстве. За счет его свойства не пропускать радиоактивные лучи, из него производят контейнеры для хранения ядерных отходов. Месторождения вольфрама в России находятся на Алтае, Чукотке, Северном Кавказе.

Рений

Имя свое получил в Германии (река Рейн), где был открыт в 1925 году, сам металл имеет белый цвет. Добывается и в чистом виде (Курильские острова), и при добыче молибденового и медного сырья, но в очень малых количествах.

Самый крепкий металл на земле очень твердый и плотный, отлично плавится. Прочность высокая и не зависит от перепадов температуры, недостаток – высокая стоимость, ядовитый для человека. Используется в электронике и авиационной промышленности.

Осмий

Самый тяжелый элемент, например, килограмм осмия выглядит в виде шарика, легко помещающегося в руке. Относится к платиновой группе металлов, по цене превышает в разы золото. Название получил свое из-за плохого запаха при химической реакции, которую провел английский ученый С. Теннант в 1803 году.

Внешне выглядит очень красиво: блестящие серебристые кристаллы с синим и голубым отливом. Используют его обычно в виде добавки к другим металлам в промышленности (металлокерамические резцы повышенной прочности, лезвия медицинских ножей). Его немагнитные и прочные свойства используют при изготовлении высокоточных приборов.

Бериллий

Получен был химиком Полем Лебо в конце 19 века. Вначале этот металл прозвали «сладким», из-за его конфетного вкуса. Потом оказалось, что у него есть и другие привлекательные и оригинальные свойства, например, он не хочет вступать ни в какие химические реакции с другими элементами за редким исключением (галоген).

Самый крепкий металл в мире одновременно и твердый, и хрупкий, и легкий, к тому же высокотоксичный. Его исключительная прочность (к примеру, проволока диаметром 1 мм может выдержать вес человека) используется в лазерной и космической технике, атомной энергетике.

Новые открытия

Об очень прочных металлах можно еще и дальше рассказывать, но технический прогресс двигается вперед. Ученые из Калифорнии недавно объявили миру о появлении «ликвид-металла» (от слова «жидкий»), по прочности превосходящего титан. К тому же он оказался суперлегким, гибким и высокопрочным. Поэтому ученым предстоит создать и разработать способы применения нового металла, а в будущем, возможно, совершить еще много открытий.

Стекло из металла

Специалистами калифорнийского института технологий получен уникальный по своим свойствам материал - это самый прочный сплав на сегодняшний день - «металлическое стекло». Уникальность нового сплава в том, что металлическое стекло сделано из металла, но имеет внутреннюю структуру стекла. Сегодня ученые выясняют, что именно придает сплаву такие необычные свойства и каким образом их можно будет внедрить в сплавы из менее дорогостоящих материалов.

Аморфная структура стекла, в отличие от кристаллической структуры металла, не защищена от распространения трещин, чем и объясняется хрупкость стекла. Этим же недостатком обладают и металлические стекла, которые также достаточно легко разрушаются, образуя сдвиговые полосы, перерастающие в трещины.

Свойства сплава

Специалистами калифорнийского института было замечено, что появление большого числа сдвиговых полос дает высокое противодействие развитию трещин, благодаря чему достигается обратный эффект: материал изгибается, не разрушаясь. Именно такой материал, энергия выработки сдвиговых полос которого намного меньше энергии, требующейся для превращения их в трещины, они и создали. «Смешивая пять элементов, мы добивались того, что при охлаждении материал «не знает», какую структуру принять, и выбирает аморфную», - пояснил участник исследования Р. Ритчи.

Металлическое стекло

Самый прочный сплав - металлическое стекло - состоит из благородного палладия, кремния, фосфора, германия с небольшим добавлением серебра (формула: Pd79Ag3,5P6Si9,5Ge2).

Новый сплав показал себя в тестах как сочетание взаимоисключающих свойств - силы и выносливости на уровне, ранее не замеченной в каком-либо другом материале. В результате, новое металлическое стекло сочетает твёрдость, свойственную стёклам, с сопротивлением развитию трещин, характерным для металлов. Причем, уровень жесткости и прочности находится в пределах досягаемости.

Использование материала

Для конструкционного металла проведенное исследование значительно отодвинуло грани переносимости нагрузок. Но, по прогнозам ученых, широкое применение самый прочный сплав, ввиду редкости и дороговизны основного его компонента – палладия, может и не найти. Тем не менее, разработчики сообщили о возможном использовании данного материала в медицинских имплантатах (например, для внутричелюстных протезов), а также в качестве деталей в автомобильной или аэрокосмической отрасли.

Распространенное мнение о твердости – это алмаз или булат / дамасская сталь. Если первый минерал превосходит все простые вещества, существующие на Земле, что создала природа, то, поражающими воображение свойствами клинков из редкой стали, они обязаны мастерству кузнецов-оружейников, добавкам из других металлов. Многие технические сплавы, применяемые, например, для производства сверхтвердых резцов в машиностроительной промышленности, создания прочного, надежного инструмента, обладающего уникальными свойствами, связаны с этими добавками в привычном симбиозе железа с углеродом, кратко, традиционно называемыми сталью, – хрому, титану, ванадию, молибдену, никелю. Когда читатели спрашивают, какой самый твердый металл в мире, то в ответ на страницах сайтов на них обрушивается шквал противоречивой информации. В этом амплуа, по мнению авторов различных статей, выступает то вольфрам или хром, то иридий с осмием, то титан с танталом.

Чтобы пробраться через дебри не всегда правильно истолкованных, пусть и точных фактов, стоит обратиться к первоисточнику – системе элементов, содержащихся как в составе , так и в остальных космических объектах, оставленной человечеству великим русским химиком и физиком Д.И. Менделеевым. Он обладал энциклопедическими знаниями, совершил много научных прорывов в знании об устройстве, составе, взаимодействии веществ, помимо знаменитой таблицы на основе открытого им фундаментального периодического закона, названной его именем.

Ближайшие к Солнцу планеты – Меркурий, Венеру, Марс, вместе с нашей планетой, причисляют к одной – земной группе. Основания для этого есть не только у астрономов, физиков и математиков, но и у геологов с химиками. Поводом для таких выводов у последних является в том числе и то, что все они, в основном, состоят из силикатов, т.е. различных производных элемента кремния, а также многочисленных соединений металлов из таблицы Дмитрия Ивановича.

В частности, наша планета большей частью (до 99%) состоит из десяти элементов:

Но человека, кроме необходимого для выживания и развития железа и сплавов на его основе, всегда куда больше привлекали драгоценные, часто уважительно называемые благородными, металлы – золото и серебро, позднее – платина.

С ней в одну, по научной классификации, принятой у химиков, платиновую группу входят рутений, родий, палладий и осмий с иридием. Все они также относятся к благородным металлам. По атомной массе их еще условно разделяют на две подгруппы:

Последние два и представляют особый интерес для нашего околонаучного расследования на тему, кто тут самый твердый. Связано это с тем, что большая, по сравнению с другими элементами, атомная масса: 190,23 - у осмия, 192,22 – у иридия, по законам физики, подразумевает и огромную удельную плотность, а, следовательно, твердость этих металлов.

Если плотные, тяжелые золото и свинец – это мягкие, пластичные вещества, несложные в обработке, то осмий и иридий, открытые в начале XIX века, на поверку оказались хрупкими. Здесь необходимо вспомнить, что мерило этого физического свойства – алмаз, которым можно без особых усилий нанести надпись на любом другом твердом материале природного или искусственного происхождения, также крайне хрупок, т.е. его достаточно несложно разбить. Хотя, на первый взгляд, это кажется практически невозможным.

Кроме того, осмий и палладий обладают еще многими интересными свойствами:

• Очень высокой тугоплавкостью.
• Не поддаются коррозии, окислению даже при нагревании до высокой температуры.
• Стойки к воздействию концентрированных кислот и других агрессивных соединений.

Поэтому наравне с платиной, в том числе в виде соединений с ней, они используются при производстве катализаторов многих химических процессов, высокоточных приборов, оборудования, инструментов в медицинской, научной, военной, космической отраслях деятельности человечества.

Именно осмий и иридий, а ученые после исследований считают, что это свойство у них примерно одинаково дано природой, являются самыми твердыми металлами в мире.



И все бы хорошо, да не очень-то. Дело в том, что как их наличие в земной коре, так и, соответственно, мировая добыча этих весьма полезных ископаемых ничтожны:

• 10 -11% – это их содержание в твердой оболочке планеты.
• Суммарное количество произведенного чистого металла в год в пределах: 4 т по иридию, 1 т – осмию.
• Цена осмия примерно равна цене золота.

Понятно, что эти редкоземельные, дорогие металлы, невзирая на их твердость, не могут даже ограничено использоваться в качестве сырья для производства; разве что как добавки в сплавы, соединения с другими металлами для придания уникальных свойств.

Кто за них?

Но человек не был собой, если бы не нашел замены иридию с осмием. Раз нецелесообразно, слишком дорого использовать их, то и внимание небезуспешно было обращено к другим металлам, нашедшим свое применение в разных ситуациях, отраслях для создания новых сплавов, композитных материалов, производства оборудования, машин и механизмов как гражданского, так и военного применения:

Хотясамый твердый металл в мире, а, вернее, целых два – иридий и осмий, показали свои уникальные свойства лишь в лабораторных условиях, а также в качестве ничтожных по процентному содержанию добавок в сплавы, других соединения для создания новых материалов, необходимых человеку, следует быть благодарными природе и за этот подарок. В то же время нет никаких сомнений, что пытливые умы талантливых ученых, гениальных изобретателей придумают новые вещества с уникальными свойствами, как это уже произошло с синтезом фуллеренов, которые оказались тверже алмаза, что уже удивительно.

Многих любителей интересных фактов интересует вопрос, какой металл самый твердый? И навскидку ответить на этот вопрос будет непросто. Конечно, любой учитель химии без труда скажет правильно, даже не задумываясь. Но среди рядовых граждан, которые последний раз занимались химией в школе, не многие смогут правильно и быстро дать ответ. Это связано с тем, что все с детства привыкли делать разнообразные игрушки из проволоки и хорошо запомнили, что медь и алюминий мягкие и хорошо поддаются сгибанию, а вот стали наоборот не так просто придать желаемую форму. С тремя названными металлами человек имеет дело чаще всего, поэтому остальные кандидатуры даже не рассматривает. Но сталь, конечно же, не является самым твердым металлом в мире. Справедливости ради стоит отметить, что это вообще не металл в химическом смысле, а соединение железа с углеродом.

Что такое титан?

Самым твердым металлом является титан. Впервые чистый титан был получен в 1925 году. Это открытие произвело фурор в научных кругах. На новый материал сразу же обратили внимание промышленники и по достоинству оценили преимущества от его использования. По официальной версии, самый твердый металл на Земле получил свое название в честь несокрушимых Титанов, которые согласно древнегреческой мифологии были основателями мира.

По оценкам ученых суммарные мировые запасы титана на сегодняшний день составляют около 730 миллионов тонн. При нынешних темпах добычи ископаемого сырья хватит еще на 150 лет. Титан занимает 10 место по природным запасам среди всех известных металлов. Крупнейшим в мире производителем титана является российская компания «ВСМПО-Ависма», которая удовлетворяет до 35% мировых потребностей. Предприятие занимается полным циклом переработки от добычи руды до изготовления различной продукции. Оно занимает порядка 90% российского рынка по производству титана. Около 70% готовой продукции идет на экспорт.

Титан - легкий металл серебристого цвета с температурой плавления 1670 градусов по Цельсию. Проявляет высокую химическую активность только при нагревании, в нормальных условиях не реагирует с большинством химических элементов и соединений. В природе не встречается в чистом виде. Распространен в виде рутиловых (двуокись титана) и ильменитовых (сложное вещество, состоящее из двуокиси титана и оксида двухвалентного железа) руд. Чистый титан выделяется путем спекания руды с хлором, а затем вытеснения более активным металлом (чаще всего магнием) из полученного тетрахлорида.

Промышленное применение титана

Самый твердый металл имеет довольно широкий спектр применения во многих отраслях. Аморфно расположенные атомы обеспечивают титану высочайший уровень прочности на растяжение и кручение, хорошую сопротивляемость ударному воздействию, высокие магнитные качества. Металл используется для изготовления корпусов воздушного транспорта и ракет. Он хорошо справляется с огромными нагрузками, которые испытывают на себе машины, находясь на огромной высоте. Также титан применяется при производстве корпусов для подводных лодок, так как способен выдерживать высокое давление на больших глубинах.

В медицинской отрасли металл используется при изготовлении протезов и зубных имплантатов, а также хирургических инструментов. В качестве легирующей добавки элемент добавляют в некоторые марки стали, что придает им повышенную прочность и стойкость к коррозии. Титан хорошо подходит для литья, так как позволяет получать идеально гладкие поверхности. Из него также изготавливают ювелирные украшения и декоративные изделия. Активно используются и соединения титана. Из диоксида изготавливают краски, белила, добавляют в состав бумаги и пластика.

Сложноорганические соли титана применяют в качестве затвердительного катализатора в лакокрасочном производстве. Из карбида титана изготавливают различные инструменты и насадки для обработки и сверления других металлов. В точном машиностроении из титанового алюминида производят износостойкие элементы, которые обладают высоким запасом прочности.

Самый твердый сплав металла был получен американскими учеными в 2011 году. В его состав вошли палладий, кремний, фосфор, германий и серебро. Новый материал был назван «металлическое стекло». Он соединил в себе твердость стекла и пластичность металла. Последнее не позволяет трещинам распространяться, как это происходит со стандартным стеклом. Естественно, в широкое производство материал запущен не был, так как его компоненты, особенно палладий, относятся к редким металлам и стоят очень дорого.

В данный момент усилия ученых направлены на поиски альтернативных компонентов, которые бы позволили сохранить полученные свойства, но значительно снизили стоимость производства. Тем не менее, отдельные детали для аэрокосмической отрасли уже производятся из полученного сплава. Если альтернативные элементы удастся внедрить в структуру и материал получит широкое распространение, то вполне возможно, что он станет одним из самых востребованных сплавов будущего.