Сообщение на тему: Легкие металлы (в день науки)

Сообщение на тему: Легкие металлы (в день науки)

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

Как построить самый легкий в мире металл? Ученые говорят, что нужно сделать его из воздуха.

«Микролаттис» (англ. microlattice — микрорешетка) — так называется разработанный учеными из HRL Laboratories LLC (Малибу, Калифорния) материал, совместный патент на который принадлежит компаниям Boeing и General Motors. Инновационный металл состоит из сети сплетенных между собой миниатюрных полых трубок, и его вес в 100 раз меньше пенопласта.

Аэрокосмические и автомобильные компании в поиске способов снизить расход топлива всегда стремятся сделать материалы, используемые в строительстве транспорта, как можно более легкими без ущерба для прочности. Исследователи заявляют, что процесс создания микролаттиса как раз отвечает этим требованиям не только из-за своей предельной легкости, но и сочетающейся с ней невероятной прочности.

«Люди думают, что создание легкого металла обязательно включает в себя его сплавливание с «легким» компонентом и потому путают нашу инновацию с давно известным сплавом под названием никель-фосфор. Однако наш метод производства позволяет придать металлу такую устойчивость и легкость, что его можно без труда поместить его на макушку одуванчика, не повредив его»,- рассказала химик из HRL Laboratories София Янг.

Выдающиеся свойства материала основаны на том же принципе, что заложен в Эйфелеву башню и позволяет ей поддерживать устойчивость своей огромной структуры так, будто речь идет об обычном жилом доме, а не о гигантском небоскребе. В том, чтобы перенести этот принцип на миниатюрный масштаб, и заключалась главная задача исследователей из лаборатории HRL.

Читайте также: Как приготовить столярный клей по дереву в гранулах или костный (казеиновый) и склеить деревянные детали свойми руками

Они заявляют, что сеть взаимосвязанных полых трубок, из которых состоит микролаттис, копирует структуру поддержки мостов. Однако здесь все немного иначе: толщина стенок трубок составляет всего 100 нанометров, то есть в 1000 раз тоньше человеческого волоса. Это значит, что материал, по сути, на 99.99% состоит из… воздуха.

Такой структуры ученым удалось добиться использованием инновационной технологии аддитивного производства, своим действием напоминающей 3D-печать. Но в отличие от 3D-печати, использующей послойное наложение структуры, метод, созданный лабораторией HRL, задействует специальные полимеры, реагирующие на свет и формирующие всю структуру за один процесс.

Под воздействием ультрафиолетового излучения, пропускаемого через специальный фильтр, находящийся в жидкой форме полимер формируется в трехмерную решетку за несколько секунд. В зависимости от будущего предназначения микролаттиса, в жидкий полимер добавляется широкий спектр различных материалов, таких как керамика или композитные металлы. Таким образом, микрорешетка, сформированная из полимера с примесями, получит дополнительные свойства.

Исследователи могут менять прочность структуры, корректируя химические составляющие полимера или изменяя характеристики ультрафиолетового воздействия. «Мы уверены, что в будущем эта технология ляжет в основу многих производственных процессов. Микролаттису можно найти много применений, и мы прилагаем все усилия для его дальнейшего усовершенствования».

Несмотря на многообещающие характеристики микролаттиса, исследователи считают, что до того как металл можно будет пустить в массовое производство, пройдут годы. Процесс завоевания микролаттисом аэрокосмической промышленности тормозят, в первую очередь, жесткие правила и стандарты внутри самой отрасли. Но благодаря быстрому и дешевому способу производства материала, рано или поздно этот ультра-легкий металл станет обыденностью.

«Цена микролаттиса позволит ему не только конкурировать с распространенными материалами, используемыми сегодня в производстве автомобилей, но и вскоре заменить их»,- уверяет исследовательница из лаборатории HRL. «И если его цена делает его подходящим для автомобилей, то что и говорить о самолетах…»

Глава III. Литий — самый легкий металл

Состояние в природе и получение. Литий — самый легкий из всех металлов — был открыт в 1817 г. Арфведсеном при исследовании минерала петалита. Минерал этот обнаружил еще в 1800 г. в Швеции бразильский ученый де-Андрада-е Сильва; этот же исследователь нашел в Швеции и другой минерал — лепидолит, также содержащий литий.

По предложению Берцелиуса новый элемент получил название «литий», произведенное от греческого «литое», что значит камень. Несмотря на то что Дэви и Бранде в 1818 г. удалось выделить небольшие количества лития, применяя метод электролиза к гидроксиду лития, промышленное получение металла было налажено гораздо позднее (в 1855 г.), когда в качестве сырья стали использовать хлорид лития.

Хлорид лития получают путем химической переработки минералов лепидолита, петалита, амблигонита, сподумена и др. Силикаты, содержащие литий, широко распространены в природе. Их известно около 1500. Содержание лития в земной коре составляет 5-10-3 % по массе. Литий в виде соединений можно обнаружить не только в минералах, но и в воде различных источников, в морской воде и даже в растениях (сахарной свекле, табаке, хмеле, чае и др.). Обычно литий встречается вместе с натрием и калием, что вполне естественно, так как все они — представители одной общей группы — щелочных металлов. Промышленное использование минерала выгодно лишь, когда содержание лития (в расчете на оксид) составляет не менее одного процента. Промышленное значение имеет литиевая слюда — лепидолит LiK2Al3 [Al(Si3O10)2OHF]4, представляющий собой беловатые или слегка розовые листочки гидроксиалюмосиликата лития, калия и алюминия. Лепидолит — обычное сырье для получения лития. Другой минерал — сподумен (из группы пироксенов), встречается вместе с кварцем и полевыми шпатами и также используется для получения лития. Его состав менее сложен: LiAl[SiO3]2, это сероватые блестящие кристаллы.

Переработка сподумена или лепидолита производится с целью получения хорошо растворимых солей лития — хлорида и сульфата. Для этого минералы сначала «обогащают», применяя метод флотации. Получается «рудный концентрат», т. е. сырье, содержащее повышенное по сравнению с исходной рудой количество лития на единицу массы. После этого начинается собственно химическая переработка. Суть ее состоит в разложении сложных алюмосиликатов. Разложение производят различными способами. Можно, например, растворить руду в горячей серной кислоте или обработать ее при сплавлении (температура 1050-1200 °С) сульфатом калия или хлоридом кальция. Рассмотрим реакции, происходящие при нагревании до 350 °С сподумена с серной кислотой:

Сульфат лития хорошо растворим в воде, его можно отделить от плохо растворимого силиката алюминия Al2O3-4SiO2-H2O; примеси ионов железа, кальция, магния удаляют добавлением небольших количеств карбоната калия и натрия. С хлоридом кальция сподумен образует хлорид лития и алюмосиликат кальция:

2LiAl[SiO3]2 + CaCl2 = 2LiCl + Al2O3⋅4SiO2⋅CaO

Полученные этими методами соли лития являются и сами по себе ценным сырьем для ряда отраслей промышленности. Они также служат для выделения металлического лития.

В настоящее время металлический литий получают электролизом расплавленной смеси хлоридов лития и калия при 400-450 °С. Катоды в электролитических ваннах железные, а аноды графитовые, На катоде протекает реакция:

Читайте также: Вытачивание на токарном станке по дереву

Сообщение на тему: Легкие металлы (в день науки)

Сообщение на тему: Легкие металлы (в день науки)

Понятия «легкие металлы» на данный момент нет в номенклатуре ИЮПАК. Легкими металлами называют металлы с небольшой плотностью.

Наиболее важными легкими металлами являются: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Также, к этой группе обычно относят: галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Самый легкий металл

Известно, что самый легкий металл — литий

, который активно используется в сплавах.

Литий нашел свое применение в:

• производстве анодов химических для источника тока;
• в оптических работах и экспериментах;
• в работе с высокоэффективными лазерами.

Например, гидроксид лития используется в изготовлении электролита щелочных аккумуляторов. В производстве керамики также используется силикат и алюминат лития — в качестве основы. Такая керамика застывает уже при комнатной температуре.

Это свойство лития используют:

• в металлургии;
• в военном производстве (при разработке сложной техники);
• в термоядерной энергетике.

В промышленности литию также находится активное применение, поскольку некоторые соединения этого металла способствуют отбеливанию тканей.

Интересно, что сфера использования лития распространилась на медицину и фармацевтику. В психиатрии соединения лития используют для стабилизации эмоционального состояния пациентов.

Легкие цветные металлы

Наиболее распространенные легкие цветные металлы: алюминий и магний.

Читайте также: Учебный токарно-винторезный станок ТВ-6: технические характеристики и устройство

считается активным металлом. В промышленности он ценится в работе с конструкционными материалами, поскольку наделен высокими показателями пластичности и податливостью к обработке.

Среди свойств алюминия основными являются:

• способность проводить как тепло, так и электричество (показатель электропроводности достигает 65 процентов);
• устойчивость к коррозии в атмосферных проявлениях;
• высокая плотность сплавов;
• относительно малая плотность;
• высокая пластичность.

Окисная пленка буквально впечатывается в поверхность алюминия и, тем самым, предохраняет его от агрессивного воздействия среды или от нежелательных соединений.

Что касается магния, то этот металл наделен, наоборот, весьма низкой пластичностью. Это сказывается на неудовлетворительной свариваемости. При этом магний легко поддается резанию, хотя механические свойства этого металла имеют низкий показатель. Как следствие — использование магния как конструкционного материала бывает затрудненным.

• высокой температурой плавления;
• коррозионной стойкостью;
• способностью образовывать гидроокись при взаимодействии с влагой;
• способностью образовывать сплавы (при этом механические показатели магния усиливаются, что существенно расширяет сферу его использования).

Самые легкие металлы в мире

Думая о металлах, мы обычно представляем себе что-нибудь очень тяжелое. Но в реальности так бывает далеко не всегда. Некоторые металлы весят намного меньше пенопласта, не тонут в воде, но все равно имеют высокую прочность.

Литий – самый легкий в природе металл

Как и все другие легкие металлы, литий относится к группе щелочных металлов и обладает повышенной химической активностью. Этот материал в два раза легче воды, и плавает он даже в керосине. В естественных условиях литий обнаруживается в горных породах. А в 19 веке его научились синтезировать с помощью лабораторных методов.
Литий отличается пластичностью и мягкостью, внешне очень похож на лед. Температура его плавления – 181 градус.

Чистый литий вступает в реакции с внешней средой, поэтому для практических целей его сплавляют с другими легкими металлами. А применяют такие сплавы во многих промышленных сферах – электроника, авиастроительство, фармацевтика, производство оптики, оружия, пиротехники.

Алюминий – идеальное сочетание прочности и легкости

Этот востребованный металл открыл датский ученый Эрстед в 1925 г. Первой вещью, которую изготовили из алюминия, стала детская погремушка. Алюминий очень удобен в обработке, поэтому впоследствии из него стали производить посуду, столовые приборы, фурнитуру, садовые инструменты, строительные конструкции и многие другие предметы, без которых невозможно вообразить наш современный быт.

Микролаттис – легчайший искусственный металл

Из природных металлов самым легким является литий. Но всего несколько лет назад группа калифорнийских ученых представила уникальную разработку – сверхлегкий материал с прочностными характеристиками металла. Более чем на 99% микролаттис состоит из воздуха и весит в 100 раз меньше, чем пенопласт. Трудно себе представить, но если поместить кусок такого материала на белую шапку одуванчика, нежный цветок даже не помнется. Толщина стенки микролаттиса не превышает 100 нанометров (в тысячу раз тоньше одной волосинки).

По своей структуре материал очень похож на кость человека. Он состоит из перекрещивающихся никелевых трубок и без проблем выдерживает высокие нагрузки. Поэтому микролаттисом сразу же заинтересовалась всемирно известная компания Боинг. Сверхпрочный искусственный металл планируется использовать в авиапромышленности будущего.

Похожие материалы

Похожий статей не обнаружено.

Самые интересные металлы на Земле

Миллионы лет назад наши далекие предки изготавливали себе инструменты из дерева и камней, но спустя тысячелетия они научились пользоваться металлами. С этого момента человечество начало развиваться с немыслимыми темпами и все дошло до того, что большинство окружающих нас объектов сделано из железа, алюминия и других разновидностей этого материала. Практически все металлы хорошо проводят электричество и тепло, при определенных условиях они пластичны и отлично подходят для изготовления различных деталей для электроники, а также обладают характерным металлическим блеском. Но в периодической таблице Менделеева есть металлы, которые обладают уникальными свойствами, которыми не могут похвастаться все остальные. Они по-своему удивительны, и когда-то давно этим металлам присваивали чуть ли не волшебные качества. Итак, давайте перечислим их, а также узнаем о свойствах и других интересных особенностях?

Оглянитесь вокруг — мы окружены металлами

Самый жидкий металл

Ртуть считается самым жидким металлом и, в то же время, одним из самых опасных для человеческого организма. Он практически всегда пребывает в жидком состоянии, потому что температура его плавления равна -38 градусам Цельсия. Именно поэтому этот металл используется в градусниках — при увеличении температуры, жидкость расширяется. Поскольку градусник сделан в виде стеклянной трубочки, расширяться она может только в одном направлении. Чтобы на показатели градусника не влияли другие условия вроде атмосферного давления, из трубочки выкачан воздух.

Несмотря на свою опасность, ртуть используется даже в повседневных вещах

В средневековье считалось, что при смешивании ртути, серы и загадочного «философского камня» можно получить чистое золото. Поэтому внимания этому металлу уделялось очень много. С средние века получить из ртути золота никому не удалось, но это стало под силу ученым в 1947 году — они поместили 100 миллиграмм ртути в атомный реактор и получили 35 микрограмм золота. Вот и второе удивительное свойство ртути — его можно превратить в золото, но это слишком дорогой процесс.

Третья особенность ртути заключается в том, что при вдыхании его паров человек получает сильное отравление — опасные вещества оседают в легких. Симптомы отравления включают в себя слабость, понижение аппетита, боль при глотании, набухание десен и сильная боль в животе. Из-за своей ядовитости, ртуть входит в десятку химических веществ, представляющих опасность для общественного здоровья.

Самый тугоплавкий металл

А теперь давайте поговорим о полной противоположности ртути — металле, именуемом как вольфрам. В то время как ртуть может расплавиться на человеческой ладони, для расплавления вольфрама необходима температура на уровне 3422 градусов Цельсия.

С немецкого «Wolf Rahm» можно перевести как «волчьи сливки»

Сам по себе вольфрам не опасен, но изделия, в котором он используется, могут убить. Этот металл часто используется как наконечник патронов, которые могут пробить даже бронежилет. Только его добавляют совсем чуть-чуть, потому что вольфрам — очень тяжелый металл.

В 2018 году мой коллега Илья Хель написал интересный материал про Секретное оружие США, где поразмышлял о том, что могут скрывать от нас американские военные. Советую почитать.

Из-за своей тугоплавкости, вольфрам трудно поддается деформации, поэтому в чистом виде его используют очень редко. Как правило, изделия из вольфрама имеют и другие примеси — они делают его более податливым и значительно уменьшают вес.

Самый твердый металл

Самым твердым и при этом легким металлом на нашей планете считается титан. Благодаря своим свойствам, он активно используется в авиации и кораблестроении — материал отлично подходит для изготовления корпусов самолетов и кораблей. К тому же, благодаря прочности и легкости, из титана изготавливают бронежилеты. Этот металл безопасен для человеческого организма, поэтому часто применяется в медицине для изготовления инструментов и даже протезов — искусственных частей тела.

Благодаря выдающимся свойствам, словом «титан» называют видеокарты и прочую электронику, чтобы подчеркнуть их мощность

При нагревании, титан начинает поглощать кислород, хлор, азот и другие газы. Благодаря этому удивительному свойству, металл используется в различных фильтрах — пропуская различные газы через нагретые до 600 градусов Цельсия титановые трубки, можно очистить их от примесей. Таким же образом можно очистить воду от кислорода, что особенно полезно в пищевой промышленности. Считается, что содержащийся в воде кислород ухудшает качество некоторых продуктов — как минимум, он может сократить срок годности пива.

Самый радиоактивный металл

Единственным металлом, который может использоваться в качестве топлива в ядерных реакторах, является уран. Многие люди считают его очень опасным из-за высокой радиоактивности. Однако, природный уран безопасен для здоровья человека, а опасность представляет его разновидность под названием U-235 — именно она используется в ядерных реакторах.

Уран-235 использовался при ядерной бомбардировке Хиросимы, в бомбе «Малыш»

Когда-то давно из природного урана даже изготавливали посуду. Например, осколки желтого стекла с содержанием урана были найдены на территории итальянского города Неаполь — по расчетам ученых, стекло было изготовлено в 79 году нашей эры. Он был безопасен для людей и никаких намеков на радиацию вроде свечения не наблюдалось.

Природного урана U-235, пригодного для использования в ядерных реакторах, сегодня в природе очень мало — на протяжении долгих лет он просто улетучился. Зато, миллиарды лет назад его было очень много, и ядерные реакции могли запускаться прямо на природе,без участия человека. Так, на территории африканской страны Габон, около 1,8 миллиарда лет назад происходила естественная реакция деления ядер урана. Уран горел на протяжении сотен лет, но в итоге реакция прекратилась из-за истощения запасов металла.

Самый тяжелый металл

Самым тяжелым металлом из всей таблицы Менделеева считается осмий. Его удивительным свойством является то, что будучи самым тяжелым, на воздухе он становится летучим, ядовитым веществом. Название «осмий» с древнегреческого языка можно перевести как «запах». Такое наименование металлу было дано неспроста — в 1803 году английский химик Смитсон Теннант (Smithson Tennant) на собственном опыте ощутил, что металл пахнет хлором и неприятен настолько, что раздражает горло.

Осмий, кстати, очень красив

Благодаря своей твердости, осмий часто используется в механизмах, а именно в местах, где происходит сильное трение. Также он используется в изготовлении нитей для ламп накаливания. Ядовитые свойства возникают только на открытом воздухе — металл превращается в токсичное вещество тетраоксид осмия, которое вызывает раздражение глаз, поражение верхних дыхательных путей и даже воспаление почек.

Самый стойкий металл

Самым стойким металлом считается иридий — его невозможно растворить ни в одной кислоте. Из-за стойкости, этот металл используется в Международном бюро мер и весов — из него создан эталон килограмма. Этот цилиндр из иридия необходим для того, чтобы у всех стран было единое представление о том, сколько именно должен весить килограмм. Это важно, потому что любое отклонение может стать причиной неисправности в самолётах и кораблях и, впоследствии, серьезной катастрофы.

Иридий — показатель того, сколько должен весить килограмм

Также иридий используется при изготовлении денег. Например, в африканской стране Руанде была выпущена иридиевая монета номиналом 10 руандийских франков. Можно сказать, что это самая устойчивая к химическому воздействию монета. Повредить ее можно разве что кину в сосуд со фтором — сильнейшим окислителем. Но разрушительная реакция начнется только при нагревании до 450 градусов Цельсия.

Самый дорогой металл

Многие люди инвестируют в металлы и одним из самых дорогих сегодня является золото. По курсу за июнь 2020 года, грамм золота стоит около 4000 рублей, тогда как цена той же массы платины еле достигает 2000 рублей. Чуть выше мы уже выяснили, что добывать золото из ртути — это очень дорогой процесс. Поэтому, получением золота занимаются работники аффинажных заводов — грубо говоря, они извлекают золота из смесей других металлов.

Золото уже тысячелетиями сводит людей с ума

Так как персонал работает с очень дорогим металлом, в заводах действует строгий контроль. Если у человека, например, есть золотой зуб — охрана всегда проверяет, находится ли он на месте. А то вдруг человек избавится от золотого зуба и решит пронести кусочек драгоценного металла, поместив его в освободившемся пространстве между зубами? В некоторых аффинажных заводах работники проходят внутрь голыми и облачаются в рабочую одежду внутри.

Самый редкий металл

Франций — самый редкий металл. По расчетам ученых, в земной коре его концентрация равна всего лишь 340 граммам. Получить больше урана можно искусственным путем, но для этого необходимо запускать ядерные реакции.

Франций очень редкий и мало где используется

Франций очень радиоактивен, поэтому на данный момент он практически нигде не используется. Однако, иногда ученые все же используют разновидности франция в ходе научных исследований. Также предпринимались попытки диагностики рака с использованием технологий, где франций тоже был задействован.

Если вам интересны новости науки и технологий, подпишитесь на наш Telegram-канал. Там вы найдете анонсы свежих новостей нашего сайта!

Самый легкий металл

Звание самого легкого металла, по праву достается литию. Он окрашен в серебристо-белый цвет и настолько мягок, что легко режется ножом. Так как он является самым легким металлом в таблице Менделеева, при попадании в воду он всплывает на поверхность.

А вот и он — литий

Для многих это может стать открытием, но устройство с литием вы прямо сейчас можете держать в руке — это ваш смартфон. В мобильных устройствах используются литиевые аккумуляторы, которые компактны, но обеспечивают работу устройств от одного заряда только на протяжении нескольких дней. Ученые пытаются улучшить показатели литий-ионных батарей, но пока это им никак не удается.

Возможно, в будущем вместо литий-ионных батарей будут использоваться совершенно другие аккумуляторы. Какие? Читайте в этом материале.

Самый дорогой промышленный металл

Напоследок стоит упомянуть про калифорний — металл, которого в чистом виде в природе не найти. Его производят в ядерных реакторах России и США, причем в очень малых количествах. По сообщениям ученых, за один год им удается создать только 40-80 микрограмм этого необычного металла. Из-за сложности добычи и редкости, грамм этого металла стоит до 27 миллионов долларов.

Калифорний — радиоактивный красавец

Этот металл очень радиоактивен, поэтому никаких поделок из него не сделаешь. Зато он нужен ученым во время проведения серьезных испытаний. Хотя, в теории, его можно использовать при создании атомной бомбы. Но вышеупомянутый уран стоит гораздо дешевле, поэтому все используют именно его.

В периодической таблице Менделеева еще много интересных элементов, но эти — по моему мнению, самые интересные металлы. Примечательно, что ученые до сих пор занимаются разработкой металлов с интересными свойствами. В 2019 году мой коллега Владимир Кузнецов рассказал о материале, который не тонет в воде — рекомендую почитать!

Источник https://met-lit.ru/stanki/legkie-metally-primery.html

Источник https://samoe.top/samye-legkie-metally-v-mire/

Источник https://hi-news.ru/eto-interesno/samye-interesnye-metally-na-zemle.html