7 областей применения самого легкоплавкого металла

Содержание

7 областей применения самого легкоплавкого металла

Прием молибдена в красноярске
Виды металлов и сплавов, обладающие устойчивостью к повышенным температурам:

  1. Вольфрам. Впервые о нем узнали в 1781 году. Чтобы расплавить, его потребовалось разогреть до 3380 градусов. Вольфрам считается самым тугоплавким. Изготавливается он из порошка, который обрабатывается химическим способом. Сначала смесь разогревается, а затем подвергается давлению. На выходе получаются спрессованные заготовки.
  2. Ниобий. Плавится при 2500 градусах. Обладает высокой теплопроводностью, обрабатывается не так сложно, как вольфрам. Изготавливается из порошка, который запекают и обрабатывают с помощью высокого давления. Из ниобия делают проволоку, трубы и ленту.
  3. Молибден. Визуально его можно спутать с вольфрамом. Изготавливается он из порошка при запекании и воздействии давлением. Как и вольфрам обладает парамагнетическими свойствами. Используется в радиоэлектронике, изготовлении промышленного оборудования, печей и электродов.
  4. Тантал. Плавится при 3000 градусах. Чтобы сделать проволоку из тантала или закалить материал, его не нужно нагревать до критических температур. Используется для изготовления элементов в радиоэлектронике (конденсаторы, пленочные резисторы). Популярен в ядерной промышленности.
  5. Рений. Материал, который ученые открыли позже остальных. Найти его можно в медной и платиновой руде. Используется на промышленном производстве, как легирующая добавка.


Тантал

Индий

В качестве простого вещества индий очень светлый, ковкий и мягкий настолько, что даже оставляет след, если им провести по бумаге. Он также является одним из наиболее легкоплавких металлов, но воздействуют на него только температуры выше 157 °C. Закипает он при 2072 градусах.

Как и галлий, индий не образует собственных месторождений, но содержится в различных рудах. Благодаря своей рассеяности в природе металл довольно дорогой. Его применяют в микроэлектронике, для изготовления легкоплавких сплавов, припоев, жидкокристаллических экранов для техники.

Суть понятия самого легкоплавкого металла

Самый тихий дизельный генератор

Для специалистов больше знакомо понятие «тугоплавкость». Хотя слово «легкоплавки» и является антонимом в языковом аспекте, на практике – это один из пунктов к общей классификации в промышленности. По своей сути, любой элемент, имеющий температуру плавления менее 600 градусов по Цельсию, называют легкоплавким. Некоторые источники ставят планку вхождения в группу еще ниже – до 500 градусов Цельсия.

Классификация металлов по плавкости:

  • легкоплавкие. Температура плавления элементов обязана быть ниже 600 градусов по Цельсию;

среднеплавкие металлы. Чтобы материал расплавился, потребуется температура от 600 до 1600 градусов со значением плюс;

тугоплавкие. Металлические вещества с порогом плавления выше 1 600 градусов по Цельсию.

Процесс плавления одинаковый для всех металлических элементов – либо внешнее воздействие, либо внутреннее. В первом случае – это расплавка в печах, а во втором – разогревание через пропуск электрического тока сквозь металл. Иногда используется индукционный нагрев в электромагнитном поле с высокой частотой.

Процесс плавки металла через призму науки:

  1. Разогрев до температуры плавления.
  2. Увеличение амплитуды тепловых колебаний молекул внутри металла.
  3. Возникновение дефектов в структуре решетки материала.
  4. Межатомные связи разрываются + параллельно затрачивается энергия.
  5. Образование на поверхности квазижидкого слоя.
  6. Постепенное разрушение решетки и накопление дефектов, что и принято называть процессом плавления.

В зависимости от температуры плавления, выбирают аппараты из сплавов, способных выдержать пиковые значения. Для легкоплавких металлов вопрос решается проще всего.

Второй весомый параметр – температура кипения металла. В 95% случаев она в 2 раза выше температуры плавления. Между собой эти две величины являются прямо пропорциональными + при снижении/увеличения давления на материал, снижается и его показатели плавления с кипением.

какой металл самый легкоплавкий Симптомы отравления ртутью Болезнь Минамата

Перечень

В соответствии с основной классификацией (температура плавления не более 500°С), к списку легкоплавов причислены следующие элементы:

НазваниеТемпература плавления (°С)
Цинк419
Палладий327
Свинец327
Кадмий321
Таллий303
Висмут271
Полоний254
Олово232
Индий157
Натрий98
Калий63
Рубидий39
Галлий30
Цезий28
Ртуть– 39

Ртуть – самый легкоплавкий металл. Она единственная из группы плавится на морозе.

Галлий называют металлом, тающим в руках (нормальная температура тела человека выше точки плавления вещества почти на семь градусов).

Самый токсичный металл

Как выбрать самый хороший газовый котел: обзор критериев выбора лучшего агрегата

Ртути принадлежит высочайшая степень токсичности. Это самый ядовитый из всех нерадиоактивных элементов на планете, который начинает распространять свои пары при комнатной температуре. Если рядом присутствует человек, происходит поражение пищеварения, легких и нервной системы, причём первые признаки интоксикации наступают очень быстро, через 8 часов.


Симптомы отравления ртутью

И даже воздействие небольших доз, но длительный период, способно проявить себя в виде хронических заболеваний. Нервная система в первую очередь реагирует раздражением, недосыпанием, головными болями и быстрой усталостью. Выводится ртуть через почки. Начинаются частые позывы к мочеиспусканию, повышение температуры, рвота, слабость, тошнота, дрожь в теле.

Люди всегда знали о токсических свойствах ртути. Например, при изготовлении фетровых шляп использовались ртутные соединения, но другого способа тогда не было. У мастеров часто развивались поражения нервной системы и слабоумие. Поэтому безумный Шляпник, описанный Льюисом Кэрроллом в «Алисе в стране чудес», совсем не выдуманный персонаж.


Безумный Шляпник из “Алисы в стране чудес”

В обычной жизни пищевые отравления грозят любителям морепродуктов. Ртуть содержится и растворяется в морской воде, накапливаясь в организмах его обитателей.

Симптомы хронического отравления часто встречаются в прибрежных районах по всему миру. Особенно страдают беременные и дети, у которых это основная пища. Умеренная олигофрения диагностируется там намного чаще, чем у тех групп, где морская рыба не является основным источником питания.


Болезнь Минамата

Хищники, поедая мелочь, сохраняют и приумножает отраву в своих организмах. У каждой четвертой выловленной рыбы содержание металла превышает допустимые пределы. Особенно много его в тунце и лобстере. Экологи бьют тревогу, а компании по производству рыбных продуктов открещиваются. И никакая тепловая обработка не делает мясо менее токсичным.

Биологическое воздействие

Влияние легкоплавов на организм человека различно:

  • Без калия как удобрения растения чахнут, плохо плодоносят. В организме человека работает в дуэте с натрием. Под его контролем жизненно важные процессы.
  • Микродозы кадмия содействуют метаболизму. Однако вещество, его растворимые соединения токсичны.
  • Висмут токсичен, но безопасен для биологических организмов. Это радиоактивное вещество, поэтому аптечные препараты с ним нужно применять строго по инструкции.
  • О токсичности галлия точки зрения противоположны – от малой до высокой степени. Но интоксикация веществом реальна.
  • Бесполезные для человека как биологического объекта свинец и ртуть токсичны. Особенно опасна ртуть из разбившегося домашнего градусника.

На особом счету таллий. Мягкое серебристое с сероватой голубизной вещество – сильнейший яд. Его «вывела в свет» как средство получения наследства, решения других проблем Агата Кристи. Описание яда, технологии его применения содержит десяток романов королевы английского детектива.

Применение

Изначально тугоплавкие металлы использовались при изготовлении конденсаторов и транзисторов для радиоэлектроники. Количество их сфер применения увеличилось только к середине 20 века. Промышленной комплекс расширился до изготовления деталей для станков, автомобилей, самолётов и ракет.

Сплавы, выдерживающие воздействие критических температур, начали использоваться для изготовления посуды. Тугоплавкие металлы применяются в процессе производства строительных и соединительных материалов. Из них делают детали для бытовых приборов и электроники.

Самым тугоплавким считается вольфрам. Его температура плавления в 3390 градусов превышает показатели других материалов. Однако нельзя забывать про то, что при падении вольфрамовой детали с высоты, она треснет или разобьётся на отдельные части.

Ртуть

Полезный во многих сферах, но ядовитый металл был известен еще до нашей эры. Ртуть использовали античные и средневековые медики для лечения венерических и многих других заболеваний, алхимики пытались сделать из нее золото. Сегодня она применяется в электротехнике, приборостроении и органической химии.

Руть – это наиболее легкоплавкий металл на планете. При нормальных комнатных условиях она всегда жидкая, так как температура ее плавления составляет -39 градуса. Ее пары очень опасны, поэтому ртуть содержат только в контейнерах и специальных стеклянных колбах. На организм она действует как яд, отравляя его и выводя из строя нервную, иммунную, дыхательную и пищеварительную системы.

Области применения

До середины 40-х годов тугоплавкие металлы использовались только как легирующие элементы для улучшения механических характеристик стальных цветных сплавов на основе меди и никеля в электропромышленности. Соединения молибдена и вольфрама применялись также в производстве твердых сплавов.

Техническая революция, связанная с активным развитием авиации, ядерной промышленности и ракетостроения, нашла новые способы использования тугоплавких металлов. Вот неполный перечень новых сфер применения:

  • Производство тепловых экранов головного узла и каркасов ракет.
  • Конструкционный материал для сверхзвуковых самолётов.
  • Ниобий служит материалом сотовой панели космических кораблей. А в ракетостроении его используют в качестве теплообменников.
  • Узлы термореактивного и ракетного двигателя: сопла, хвостовые юбки, лопатки турбин, заслонки форсунок.
  • Ванадий является основой для изготовления тонкостенных трубок тепловыделяющих элементов термоядерного реактора в ядерной промышленности.
  • Вольфрам применяется как нить накаливания электроламп.
  • Молибден все шире и шире используется в производстве электродов, применяемых для плавки стекла. Помимо этого, молибден — металл, используемый для производства форм литья под давлением.
  • Производство инструмента для горячей обработки деталей.

Рейтинг: /5 — голосов

Олово

Олово плавится от температуры выше 231 градуса по Цельсию. Это пластичный и мягкий металл, светло-серебристого цвета. Оно существует четырех аллотропных модификациях, две из них появляются только при высоком давлении.

Олово довольно рассеяно в природе, но может образовывать собственные минералы, например, станнин и касситерит. Его используют в качестве покрытия для металлов для усиления их устойчивости к коррозии, а также для производства жести, фольги, разнообразных сплавов, посуды и деталей для музыкальных инструментов.

Разногласия в критическом параметре

Одни источники устанавливают пороговую величину как 4000 F. В переводе на привычную шкалу это дает 2204 0С. Согласно этому критерию, к жаропрочным относятся только пять элементов: вольфрам, ниобий, рений, тантал и молибден. Например, температура плавления вольфрама составляет 3422 0С.

Видео – плавка вольфрама водородной горелкой

Другое утверждение позволяет расширить класс температуростойких материалов, поскольку принимает за точку отсчета температуру плавления железа – 1539 0С. Это позволяет увеличить список еще на девять элементов, включив в него титан, ванадий, хром, иридий, цирконий, гафний, родий, рутений и осмий.

Существует еще несколько пороговых величин температуры, однако они не получили широкого распространения.

Классификация

Легкоплавы подразделяются на две группы:

  1. Тяжелые легкоплавкие металлы – кадмий, кобальт, свинец, ртуть.
  2. Легкие легкоплавкие металлы – кадмий, олово, галлий, индий, таллий, полоний, висмут.

К драгоценным элементам причислен палладий.


Палладий

Легкие элементы полоний и висмут радиоактивны .


Висмут

Олово, таллий, свинец, цезий – мягкие легкоплавы.


Свинец

Самый мягкий легкоплавкий металл – цезий (0,2 по шкале твердости Мооса).

Сплавы

Чтобы изменить свойства того или иного металла, его сплавляют с другими веществами. Так, он может не только приобрести большую плотность, прочность, но и снизить или повысить температуру плавления.

Сплав может состоять из двух или больше химических элементов, но хотя бы один из них должен быть металлом. Такие «смеси» очень часто используют в промышленности, ведь они позволяют получить именно те качества материалов, которые необходимы.

Температура плавления металлов и сплавов зависит от чистоты первых, а также от пропорций и состава вторых. Для получения легкоплавких сплавов чаще всего используют свинец, ртуть, таллий, олово, кадмий, индий. Те, в составе которых находится ртуть, называются амальгамами. Соединение натрия, калия и цезия в соотношении 12%/47%/41% становится жидкостью уже при минус 78 °C , амальгама ртути и таллия — при минус 61°C. Самым тугоплавким материалом является сплав тантала и карбидов гафния в пропорциях 1:1 с температурой плавления 4115 °C.

Общие сведения

Название переводится с греческого, как «серебряная вода». На латинском звучит как hydrargyrum, а в русском это толкование праславянского — «катиться». Первая цивилизация шумеров уже вовсю использовала ртуть. Металл добывали из киновари (сульфида ртути) просто обжигая руду, или же из пород, где его видно в виде небольших вкраплений.

Это редкий элемент — общая доля в земных недрах составляет всего 83 мг на одну тонну, причем чаще в рассеянной форме, чем в виде месторождений. Больше всего ее содержится в сульфидах и сланцах, а всего в мире имеется более 20 минералов со ртутью.

Самый легкоплавкий металл

Это единственный из металлов, который может находиться в жидком состоянии при обычной температуре. Такой же и бром, только он относится к галогенам. Твердеет ртуть (и плавится) при -39 °С.

Всего 7 металлов плавятся при минусовой температуре. Литр ртути очень тяжелый — 13,5 кг, а закипит она при +357°С.

Самый легкоплавкий металл

Ртуть в природе

Интересно что доказательства ее принадлежности к металлам были опубликованы только в середине XVIII века Брауном и Ломоносовым. Они смогли заморозить ртуть и убедиться в ее металлических свойствах: ковкости, электропроводности, расширении при нагреве.

Температура плавления металлов

Большая часть элементов периодической таблицы относится к металлам. В настоящее время их насчитывается примерно 96. Всем им необходимы разные условия, чтобы превратиться в жидкость.

Порог нагревания твердых кристаллических веществ, превысив который они становятся жидкими, называется температурой плавления. У металлов она колеблется в пределах нескольких тысяч градусов. Многие из них переходят в жидкость при относительно большом нагревании. Благодаря этому они являются распространенным материалом для производства кастрюль, сковородок и других кухонных приборов.

Средние температуры плавления имеют серебро (962 °С), алюминий (660,32 °С), золото (1064,18 °С), никель (1455 °С), платина (1772 °С) и т.д. Выделяют также группу тугоплавких и легкоплавких металлов. Первым, чтобы превратиться в жидкость, нужно больше 2000 градусов Цельсия, вторым – меньше 500 градусов.

К легкоплавким металлам обычно относят олово (232 °C), цинк (419 °C), свинец (327 °C). Однако у некоторых из них температуры могут быть еще ниже. Например, франций и галлий плавятся уже в руке, а цезий можно греть только в ампуле, ведь от кислорода он воспламеняется.

Самые низкие и высокие температуры плавления металлов представлены в таблице:

ТугоплавкиеЛегкоплавкие
Вольфрам3422 °CРтуть-38,87 °C
Рений3186 °CГаллий26,79 °C
Тантал3017 °CФранций27 °C
Осмий3033 °CЦезий28,5 °C
Молибден2623 °CРубидий39,31 °C
Ниобий2477 ​​°CКалий63,5 °C
Иридий2466 °CНатрий97,8 °C

Галлий

Вторым в списке наиболее легкоплавких металлов находится галлий. Он становится жидкостью при температуре выше 29,5 градусов Цельсия, и размягчить его можно просто подержав немного в руках. При нормальных условиях галлий очень хрупкий, легко поддается механическому воздействию и окрашен в светло-серебристый, несколько голубоватый оттенок.

Металл очень рассеян в земной коре и не встречается в виде самородков. В природе его находят в составе различных минералов, таких как гранат, мусковит, турмалин, хлорит, полевой шпат. Кроме того, он содержится в морской воде. Галлий используют в высокочастотной электронике, для изготовления зеркал и различных сплавов.

Тантал

Внешне имеет светло-серый цвет с небольшим голубоватым оттенком. Температура плавления близка к 3000 °С. Хорошо поддается основным видам обработки. Его можно ковать, прокатывать, производить волочение для изготовления проволоки. Эти операции не требуют значительного нагрева. Для удобства дальнейшего использования тантал изготавливают в форме фольги и тонких листов. Повышение температуры вызывает активное взаимодействие со всеми газами, кроме инертных – с ними никаких реакций не наблюдается.

Из тантала производят внутренние элементы генераторных ламп (магнетронов и клистронов). Он активно используется при производстве пластин в электролитических конденсаторах. Очень удобен для изготовления пленочных резисторов. Активно применяется для изготовления так называемых лодочек в испарителях, в которых осуществляется термическое напыление различных материалов на тонкие пленки.

Ввиду ряда своих уникальных качеств, считается незаменимым в ядерной, аэрокосмической и радиоэлектронной промышленности.

Литий

Литий – наиболее легкоплавкий металл, который становится жидкостью при температуре 180 градусов. Он мягкий, хорошо поддается ковке и механической обработке. Он относится к щелочным металлам, но проявляет активность гораздо хуже остальных представителей группы. Он медленно реагирует с влажным воздухом, а в сухой атмосфере остается практически стабильным

Металл встречается в сподумене, лепидолите, в месторождениях с оловом, висмутом и вольфрамом, содержится в морской воде и в звездных космических объектах. Литий часто используется для изготовления гальванических элементов, аккумуляторов, применяют в качестве окислителя, а также в пиротехнике. В сплавах с кадмием, медью и алюминием используется в космической, военной и авиационной технике.

Получение тугоплавких материалов

Как отмечалось ранее, основной препятствующий фактор производству жаропрочных металлов их высокая химическая активность, препятствующая выделению элементов в чистом виде.

Основной технологией получения остается порошковая металлургия. Данная методика позволяет получать порошки тугоплавких металлов различными способами:

  1. Восстановление триоксидом водорода. Процесс производится в несколько этапов, внутри многотрубных печей при 750 – 950 °С. Технология применима под порошки тугоплавких металлов: вольфрам и молибден.
  2. Восстановлением водородом перрената. Схема реализуется в производстве металлического рения. Рабочие температуры составляют около 500 °С. Заключительная стадия предусматривает отмывание порошка от щелочи. Для этого последовательно используется горячая вода и раствор соляной кислоты.
  3. Использование солей металлов. Технология развита для выделения молибдена. Основным сырьем выступает аммонийная соль металла и его металлический порошок, вводимый в смесь на уровне 5 – 15% от массы. Состав проходит термическую обработку 500 – 850 °С в проточном инертном газе. Восстановление металла проходит в атмосфере водорода при температурах 800 – 1000 °С.

Производство тугоплавких металлов – порошковая металлургия

Экскурсия на производство

Способы получения жаропрочных металлов продолжают совершенствоваться, как и химическая технология тугоплавких неметаллических и силикатных материалов, что связано с развитием ядерной энергетики, авиастроения, появлением новых моделей ракетных двигателей.

Одно из крупнейших предприятий по производству вольфрама на территории РФ – унечский завод тугоплавких металлов. Этот предприятие относительно молодое, строительство его началось в 2007 году на территории населенного пункта Унеча. Производственный акцент завода направлен на порошки тугоплавких металлов, точнее вольфрама и его карбидов.

В дальнейшем, для получения слитков рассыпчатую массу спекают или сдавливают прессом. Подобным образом порошки тугоплавких металлов обрабатываются для производства жаропрочных изделий.

Где и как применяются

Для всех сфер применения решающее преимущество данной группы – низкая температура плавления.

Особенности использования

На основании этого свойства легкоплавких металлов определены способы использования:

  • Мягкие легкоплавы – материал пайки микросхем. Пайка обычным припоем исключена, поскольку создает перегрев, который их расплавит.
  • Гораздо чаще используются сплавы. Они легкоплавки, но плотные, прочные на разрыв, химически инертны.
  • Самые востребованные соединения: свинцовые, оловянные, кадмиевые, цинковые, ртутные. А также с висмутом, таллием, индием, галлием как базисным компонентом.

Легкоплавкие сплавы – это конгломерат металлов с температурой плавления не выше «оловянной» (232°С). Нижний предел – минус 61°C. На таком холоде плавится амальгама таллия.

Области применения

Сферы применения материала: энергетика, машиностроение, электро-, радиотехника, химпром:

  • Основа жидких теплоносителей, смазка.
  • Выплавка моделей сложной конфигурации.
  • Пожарный сегмент: термодатчики, клапаны тушения огня, другая аппаратура раннего оповещения о возгораниях.
  • Основа термометров разных видов и предназначения.
  • Верхний слой, предохранители, термодатчики микроэлектроники.
  • Медицина. Материал протезов, фиксатор при переломах.

Это также проводники, антикоррозионные покрытия, компонент антифрикционных сплавов.

Используются уникальные свойства отдельных позиций из списка легкоплавов:

  • Свинец – материал подшипников, предохранителей, аккумуляторов, оболочка кабеля. Это щит от радиоактивного излучения.
  • Олово – защитный слой стали.
  • Цинк – компонент латуней, анодное покрытие стальных изделий с высоким КПД.
  • Галлий – заменитель ртути, сохраняющий вакуум в аппаратуре.

Легко плавящиеся сплавы образуют также щелочные металлы. На практике такие материалы используются мало из-за чрезмерной химической активности.

Физико-механические свойства

Металлы с высокой температурой плавления (тугоплавкие) являются переходными элементами. Согласно таблице Менделеева выделяют 2 их разновидности:

  • Подгруппа 5A – тантал, ванадий и ниобий.
  • Подгруппа 6A – вольфрам, хром и молибден.

Наименьшей плотностью обладает ванадий – 6100 кгм3, наибольшей вольфрам – 19300 кгм3. Удельный вес остальных металлов находится в рамках этих значений. Эти металлы отличаются малым коэффициентом линейного расширения, пониженной упругостью и теплопроводностью.

Данные металлы плохо проводят электрический ток, но обладает таким качеством как сверхпроводимость. Температура сверхпроводящего режима составляет 0,05-9 К исходя из вида металла.

Абсолютно все тугоплавкие металлы отличаются повышенной пластичностью в комнатных условиях. Вольфрам и молибден помимо этого выделяются на фоне остальных металлов более высокой жаропрочностью.

Коррозионная стойкость

Жаропрочным металлам свойственна высокая стойкость к большинству видов агрессивных сред. Сопротивление коррозии элементов 5A подгрупп увеличивается от ванадия к танталу. Как пример, при 25 ºC ванадий растворяется в царской водке, между тем как ниобий полностью инертен по отношению к данной кислоте.

Тантал, ванадий и ниобий отличаются устойчивостью к воздействию расплавленных щелочных металлов. При условии отсутствия в их составе кислорода, которые значительно усиливает интенсивность протекания химической реакции.

Молибден, хром и вольфрам имеют большую сопротивляемость к коррозии. Так азотная кислота, которая активно растворяет ванадий, значительно менее воздействует на молибден. При температуре 20 ºC данная реакция вообще полностью останавливается.

Все тугоплавкие металлы охотно вступают в химическую связь с газами. Поглощение водорода из окружающей среды ниобием осуществляется при 250 ºC. Тантал при 500 ºC. Единственный способ остановить эти процессы – проведение вакуумного отжига при 1000 ºC. Стоит заметить, что вольфрам, хром и молибден куда менее склонны к взаимодействию с газами.

Как уже было сказано ранее, лишь хром отличается сопротивляемостью к окислению. Данное свойство обусловлено его способностью образовывать твердую пленку оксида хрома на своей поверхности. Растворение кислорода хромом происходит только при 700 С. У остальных тугоплавких металлов процессы окисления начинаются ориентировочно при 550 ºC.

Хладноломкость

Распространению использования жаропрочных металлов в производстве мешает обладание ими повышенной склонности к хладноломкости. Это означает, что при падении температуры ниже определенного уровня происходит резкое возрастание хрупкости металла. Для ванадия такой температурой служит отметка в -195 ºC, для ниобия -120 ºC, а вольфрама +330 ºC.

Наличие хладноломкости жаропрочными металлами обусловлено содержанием примесями в их составе. Молибден особой чистоты (99,995%) сохраняет повышенные пластические свойства вплоть до температуры жидкого азота. Но внедрение всего 0,1% кислорода сдвигает точку хладноломкости к -20 С.

Какие бывают виды и типы металлов и их сплавов

Виды металлов

В строительстве, промышленности и других сферах жизни человека часто используются различные виды металлов. Они отличаются между собой свойствами, по которым их отбирают и применяют в той или иной области. Материалы получают разнообразными способами. Некоторые разновидности металлов соединяют вместе, чтобы получить сплавы, приобретающие уникальные физические и химические свойства.

Характеристики и признаки

Металлы представляют собой группу элементов в виде простых веществ, имеющих характерные металлические свойства. В природе они присутствуют в виде руд или соединений. Изучением характеристик этих материалов занимаются такие науки, как химия, физика и металловедение.

Металлы обладают совокупностью различных свойств. По механическим определяют их способность сопротивляться деформации и разрушению. Технологические помогают определить податливость материалов к различным видам обработки. Химические свойства показывают их взаимодействие с разными веществами, а физические говорят об их поведении в тепловом, гравитационном или электромагнитном полях.

Металлы классифицируют по следующим свойствам:

Характеристики и признаки металлов

  • Твёрдость — устойчивость материала к проникновению другого.
  • Прочность — сохранение формы, структуры и размера после воздействия динамической, статической и знакопеременной нагрузки.
  • Упругость — изменение формы без нарушения целостности при деформации и возможность возвращения к первоначальному виду.
  • Пластичность — удерживание полученной формы и целостности под воздействием сил.
  • Износостойкость — сохранение наружной и внутренней целостности под воздействием продолжительного трения.
  • Вязкость — удерживание целостности под увеличивающимся физическим воздействием.
  • Усталость — число и период циклических воздействий, выдерживаемых металлом без изменения целостности.
  • Жароустойчивость — стойкость к высоким температурам.

Первостепенным признаком металлов выступает отрицательный коэффициент проводимости электричества, который при понижении температуры повышается, а при повышении — частично или полностью теряется. Второстепенными признаками материалов являются металлический блеск и высокая температура плавления. Кроме того, некоторые типы металлов, являющихся соединениями, могут быть восстановителями при окислительно-восстановительных реакциях.

Металлические свойства взаимосвязаны, так как составляющие материала влияют на все остальные параметры. Металлы подразделяются на чёрные и цветные, но их классифицируют по многим признакам.

Группа с железом и его сплавами

Чёрным металлам свойственны внушительная плотность, большая температура плавления и тёмно-серый окрас. К этой группе в основном относят железо с его сплавами. Для придания последним специфических свойств используют легирующие компоненты.

Подгруппы чёрных видов металлов:

Подгруппы чёрных видов металлов

  • Железные — железо, кобальт, марганец, никель. Обычно их берут за основу или как добавку к сплавам.
  • Тугоплавкие — вольфрам, молибден, титан, хром. Они плавятся при температуре, превышающей уровень плавления железа. Из тугоплавких разновидностей получают легированные стали.
  • Редкоземельные — лантан, неодим, церий. Они имеют родственные химические свойства, но различаются по физическим параметрам. Используются как присадка к сплавам.
  • Урановые (актиноиды) — актиний, нептуний, плутоний, торий, уран. Широко используются в атомной энергетике.
  • Щёлочноземельные — кальций, литий, натрий. В свободном виде не применяются.

Металлы чёрной группы

Металлы чёрной группы представлены сплавами железа с разным содержанием углерода и содержанием дополнительных химических элементов: кремнием, серой или фосфором. Популярными материалами выступают сталь и чугун. В стали содержится до 2% углерода. Ей характерна хорошая пластичность и высокие технологические показатели. В чугуне содержание углерода может достигать 5%. Свойства сплава могут отличаться с различными химическими элементами: с содержанием серы и фосфора повышается хрупкость, а с хромом и никелем чугун становится стойким к высоким температурам и коррозии.

Цветные разновидности

Цветные металлы более востребованы, чем чёрные, поскольку большая часть из них представляет собой сырье для производства металлопроката. Эта группа материалов отличается широкой сферой применения: они используются в металлургии, машиностроении, радиоэлектронике, сфере высоких технологий и других областях.

Классификация по физическим параметрам:

  • Тяжёлые — кадмий, никель, олово, ртуть, свинец, цинк. В природных условиях они образуются в прочных соединениях.
  • Лёгкие — алюминий, магний, стронций, титан и другие. Характеризуются невысокой температурой плавления.
  • Благородные — золото, платина, родий, серебро. Для них свойственна повышенная стойкость к коррозии.

Цветные металлы отличаются небольшой плотностью, хорошей пластичностью, невысокой температурой плавления и преобладающими цветами (белым, жёлтым, красным). Из них изготавливается различная техника. Поскольку прочность материалов довольно низкая, их не используют в чистом виде. Из них производят лёгкие сплавы различного назначения.

Тяжёлые металлы

Материалы этой группы характеризуются внушительным атомным весом и плотностью, превышающей показатель у железа.

Самородок меди

Большим спросом пользуется медь, которая выступает проводником электрического тока. Она отличается розовато-красным оттенком, маленьким удельным сопротивлением, хорошей теплопроводностью, небольшой плотностью, прекрасной пластичностью и устойчивостью к коррозии. В сфере техники используют сплавы меди: бронзу (с добавлением алюминия, никеля или олова) и латунь (с цинком). Бронзу применяют в производстве мембран, круглых и плоских пружин, червячных пар и разной арматуры. Из латуни изготавливают ленты, листы, проволоку, трубы, втулки, подшипники.

Группа тяжёлых металлов выступает одной из главных причин загрязнения окружающей среды. Токсичные вещества поступают в океаны через сточные воды с предприятий отрасли промышленности. Некоторые разновидности тяжёлой группы могут накапливаться в живых организмах.

Ртуть относится к высокотоксичным металлам для людей. При сжигании угля на электростанциях её соединения переходят в атмосферу, а затем преобразуются в осадки и попадают в водоёмы. Обитатели пресноводных и морских систем накапливают большое количество опасного вещества, что приводит к отравлениям или смерти людей.

Кадмий считается рассеянным и достаточно редким элементом, способным попадать в океан через сточные воды с металлургических предприятий. Это вещество в малом количестве есть в человеческом организме, но при высоком показателе он разрушает костную ткань и приводит к анемии.

Свинец в рассеянном состоянии присутствует почти везде. При избытке металла в организме человека наблюдаются проблемы со здоровьем.

Мягкие виды

Алюминий серебристо-белого цвета характеризуется лёгкостью, высокой устойчивостью к коррозии, хорошей электропроводностью и пластичностью. Характеристики материала сделали его полезным в самолётостроении, электропромышленности и пищевом производстве. Алюминиевые сплавы применяются в сфере машиностроения.

Магнию свойственна низкая коррозийная устойчивость, зато лёгкий материал незаменим в технической области. В сплавах с этим металлом используют алюминий, марганец и цинк, которые хорошо режутся и отличаются высокой прочностью. Магниевые сплавы используют в производстве корпусов для фотоаппаратов, двигателей и других приборов.

Титан применяют в машиностроении, ракетной отрасли и химической промышленности. Сплавы с содержанием этого вещества характеризуются небольшой плотностью, отличными механическими свойствами, коррозийной устойчивостью и податливостью обработке давлением.

Благородные материалы

Некоторые разновидности металлов редко встречаются в природе и отличаются трудоёмкими способами добычи. Металлы благородной группы — это:

Благородные материалы

  • Золото.
  • Серебро.
  • Платина.
  • Родий.

Люди узнали о золоте ещё в эпоху каменного века. Самый дорогой металл в мире можно встретить в природе в виде самородков, в которых присутствует небольшое количество примесей. Также он встречается в сплавах с серебром.

Золото отличается теплопроводностью и очень низким сопротивлением. Из-за хорошей ковкости материал применяют в изготовлении ювелирных изделий.

Серебро идёт вторым по ценности после золота. В природе оно обычно встречается в качестве серебряной руды. Серебру характерны мягкость, пластичность, тепло- и электропроводность.

Платина, открытая в середине XX века, выступает редким материалом, который можно отыскать только в залежах различных сплавов. Её довольно трудно добывать. Ценность металла заключается в том, что он не подвергается воздействию кислот. При нагревании платина не изменяется в окраске и не окисляется.

Родий тоже относится к благородным металлам. Он обладает серебристым цветом с голубым отливом. Родий отличает устойчивость к химическим воздействиям и перепадам температур, но хрупкий металл портится под механическим воздействием.

Классификация по твёрдости

Металлы также делят на твёрдые и мягкие.

Самый твёрдый металл хром

Самый твёрдый из чистейших материалов в мире — это хром. Он относится к тугоплавким разновидностям и отлично поддаётся механической обработке. Другим твёрдым элементом выступает вольфрам. Он характеризуется высокой температурой плавления, теплоустойчивостью и гибкостью. Из него выковывают различные детали и изготавливают небольшие элементы, необходимые для осветительных приборов. Вольфрам часто присутствует в тяжёлых сплавах. Твёрдые металлы сложно не только добывать, но и просто найти на планете. В основном их содержат упавшие на Землю метеориты.

К самым мягким металлам относят калий, натрий, рубидий и цезий. Также в этой группе состоят золото, серебро, медь и алюминий. Золото присутствует в морских комплексах, осколках гранитов и человеческом организме. Внешние факторы способны разрушить ценный металл. Мягкое серебро применяют в изготовлении посуды и ювелирных украшений. Натрий широко используют практически в любой промышленной отрасли. Ртуть, выступающую самым мягким металлом в мире, применяют сельскохозяйственной и химической промышленности, а также электротехнике

Топ-10 металлов с самыми низкими температурами плавления

У каждого элемента из группы металлов имеются уникальный перечень физических и химических свойств, благодаря которым те могут служить на благо человечества. Температура плавления – отнюдь не последний показатель в данном вопросе.

Если речь о металлических элементах, то здесь происходит преобразование из твердого состояния в жидкое при достижении пикового значения по температуре.

Сегодня мы разберем самый легкоплавкий металл и его ближайших соседей по характеристике – рассмотрим свойства, особенности и области применения элементов периодической системы в промышленности и повседневной жизни человека.

Наиболее легкоплавкие металлы

Плавление – процесс перехода из твердого состояния в жидкое. Он происходит под воздействием тепла, но зависит еще от ряда физических факторов, например от давления. Важную роль в том, насколько легко и тяжело вещество поддается плавлению, также играет его состав, размер кристаллов в решетке и прочность связей между атомами.

Температура плавления металлов очень разнится и может иметь даже минусовые значения. Она колеблется от -39 до +3410 градусов Цельсия. Тяжелее всего в жидкость превращаются молибден, вольфрам, хром, титан. Для этого процесса их требуется нагреть до температуры не менее 2000 градусов.

Наиболее легкоплавкими металлами являются галлий, ртуть, литий, олово, свинец, цинк, индий, висмут, таллий. Подробнее о некоторых из них читайте далее.

легкоплавкий металл олово

Плавление металла Энергосберегающие лампы Симптомы отравления ртутью Ртутные градусники Добыча золота ртутью Фульминат ртути (взрывчатое вещество) Покраска судна Болезнь Минамата

ТОП легкоплавкости + области применения

Металлов с температурой плавления ниже 600 градусов много, однако только небольшая их часть нашла широкое применение в промышленности и быту человека. Остальные – малоиспользуемые химические элементы таблицы Менделеева, составляющие менее 10% всего рынка промышленности по цветным и черным металлам.

Обратите внимание: легкоплавкие сплавы состоят из соответствующих металлов, но пиковая температура плавления таких элементов не должна превышать 232 градуса.

Если взглянуть на таблицу легкоплавких металлов выше, мы поймем, что граничным материалом будет именно олово. Все остальные легкоплавкие металлы, температура плавления которых выше, как легирующие добавки используются редко.

1) Обзор группы легкоплавких металлов промышленного назначения

Широчайшее применение имеет 9 легкоплавких материалов – цинк, свинец, кадмий, таллий, висмут, олово, индий, галлий и ртуть. Далее мы по каждому из элементов подадим краткую характеристику + область применения в быту и промышленности человеком.

А) Цинк (Zn)

Распространенность★★★★★ (5.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★★★ 4.5
Стоимость★★★★(4.0 из 5.0)
Применение★★★★(4.0 из 5.0)

Первые упоминания цинка в неявном виде пришли к нам из древней Греции и Египта – он там был составляющим элементом латуни. Первое промышленное изготовление цинка было запущено в 1743 году в городе Бристоле, а в 1746 был разработан метод получения металла путем прокаливания окиси смеси с углем без доступа кислорода с дальнейшим охлаждением паров в холодильном оборудовании.

Разновидности латуни и температура ее плавления

Химические и физические свойства цинка:

  • металл серебристо-белого цвета с высоким показателем пластичности при температуре от 100 до 150 градусов;
  • при комнатной температуре у металла повышенная хрупкость. Даже незначительные сгибания приводят к возникновению хруста;
  • температура плавления от 419 градусов Цельсия;
  • вкрапления примесей пропорционально повышают хрупкость цинка;
  • металл образовывает амфотерные соединения;
  • при воздействии воздуха, поверхность цинка окисляется с образованием пленки.

В природе существует 65+ минералов с содержанием цинка. В земной коре металл содержится на уровне 8*10^(-3) %. В воде цинк также присутствует и активно мигрирует в термальных потоках на ровне со свинцом. Крупнейшие месторождения цинка – Иран, Австралия, Боливия и Казахстан.

Область применения цинка:

  • в качестве антикоррозийного покрытия железа/стали;
  • как добавка в аккумуляторах и элементах питания сухого типа;
  • типографское дело открыто для листового цинка;
  • как компонент сплавов в полупроводниках.

Физиологическая ценность цинка заключается в его катализирующих свойствах. Элемент является составляющей инсулина, а его поступление в организм обеспечивается через молоко, мясо и яйца. Недостаток цинка в почве приводит к возникновению болезней растений. В чистом виде металл мало токсичен.

В) Свинец (Pb)

Распространенность★★★★★ (5.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★★ 4.0
Стоимость★★★★★ (5.0 из 5.0)
Применение★★★(3.0 из 5.0)

На внешний вид, плюмбум – металл серебристого цвета с беловатым и голубоватым оттенками. Из-за широкого распространения и просты в обработке, свинец использовался еще с древних времен (датируется 6 400 лет до н. э.). Промышленная отладка производства свинца началась в 1840 году, а к концу 20-го века уровень его добычи снизился из-за понижения спроса. Металл начали замещать другими материалами, которые менее опасны для здоровья человека.

Физические свойстваХимические свойства
Низкая теплопроводимость – 35 Вт/(м*к), но это при температуре в 0 градусов.При взаимодействии с кислородом получаем оксиды.
Высокая пластичность материала. Изделия из олова не составит труда поцарапать, разрезать ножом или согнуть.Хороший реагент для кислот.
Плавится при температуре в 328 градусов, а закипает при нагревании до 1750 градусов.Взаимодействует с растворами щелочей.
Расположен в группе тяжелых металлов. Изначальная плотность в 11.34 грамма на сантиметр кубический постепенно падает по мере повышения температуры в окружении.Некоторые соединения на основании свинца обладают повышенными кислотными свойствами, что переводят вещество в разряд окислителей.
При достижении точки температуры в 7.26 кельвина становится сверхпроводником.

В основе производства свинца руды с галенитом. Через флотацию формируют концентрат с 50%-80% чистого вещества, а далее одним из 4 методов получают черновой свинец. Основными добытчиками свинца является США, Китай и Россия.

Где применяют свинец:

  • нитрат свинца как компонент взрывчатки;
  • черная промышленность, как компонент тяжелых жидкостей по обогащению руд;
  • катодный материал в источниках тока химического типа;
  • теллурид свинца используется как термоэлектрический материал;
  • как основа для свинцовых аккумуляторов и других источников выработки питания;
  • компонент шпаклевки и некоторых типов краски;
  • как присадка к бензину для повышения октанового значения.

В медицине свинец применяется как защитник от излучения в рентгеновских аппаратах. Стоимость одного килограмма свинца более чем приемлема – 2-3 доллара. Нельзя забывать и о токсичности химического элемента. Хотя сам по себе свинец и не токсичен, того нельзя сказать о массе его производных соединений.

С) Кадмий (Cd)

Распространенность★★★★(4.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★★ 4.0
Стоимость★★★★★ (5.0 из 5.0)
Применение★★★(3.0 из 5.0)

Очередной мягкий и ковкий металл с проявлением тягучих свойств. По расцветке – это серебристо-белое вещество. С древних времен не распространялся. Открыт только в 1817 году немцем Штромейером. Название придумано тем же человеком, и происходит от руды, с которой добывали на то время цинк. Массовая доля кадмия в отношении массы земной коры составляет 130 миллиграмм на тонну. В воде элемент также присущ – от 0.11 микрограмма на литр. В природе имеется всего 6 минералов с содержанием кадмия, но из-за их широкого распространения, вещество по частоте проявления приравнивают цинку.

Физические свойства кадмия:

  • треск при сгибании, образовывающейся из-за кристаллической структуры металла;
  • температура плавления составляет 321 градус, а кипения – 770 градусов;
  • при добавлении примесей, кристаллическая структура полученного сплава упрощается;
  • твердость выше, чем у олова, но мягче цинка – это позволяет нарезать бруски металла ножом;
  • при достижении температуры нагрева кадмия выше 80 градусов, металл теряет свойства упругости. При небольших усилиях превращается в порошок.

Почти 40% кадмиевого производства отправляется для создания антикоррозийных покрытий на другие сплавы. Кадмирование относится к электролитическим процедурам и один из лучших способов сделать детали с инструментами менее восприимчивыми к коррозии. Порядка 20% элемента используют в качестве добавки в красящие вещества. Из прочих областей применения – пленочные солнечные батареи, компонент полупроводников, пайка алюминия и криогенная техника. В больших концентрациях соединения на основе кадмия ядовиты.

D) Таллий (Tl)

Распространенность★★★★(4.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★ 3.0
Стоимость★★★★(4.0 из 5.0)
Применение★★(2.0 из 5.0)

Таллий относится к группе легкоплавких металлов – температура плавления от 304 градусов, а кипения – от 1473 Цельсия.

Открытие металла произошло в 1861 году англичанином Круксом через спектральный метод, а название получено из-за зеленых линий спектра. Дословно Таллий переводится с греческого как «зеленая ветвь». Таллий относится к элементам рассеянного типа. Существует только 7 минералов с содержанием частичек металла в неявном виде. Среднее содержание в рамках земной коры – 3.5*10 в (-5) степени.

  • амальгама таллия благодаря низкой температуре плавления используется как теплоноситель в термометрах;
  • при кардиологических исследованиях в медицине;
  • в инфракрасной оптике как материал для линз;
  • добавка в металлогалогеновые лампочки;
  • в минералогии для выявления свойств минералов;
  • в отдаленных уголках планеты используется как отрава против грызунов в труднодоступных местах.

Из физических свойств выделим сверхпроводимость при температуре выше 2.39 Кельвина, твердость по Моосу в 1.3 (по Бриннелю 20 МПа). По химии – реакции с неметаллами, хорошая растворимость в азотной и серной кислотах + инертность в отношении реакции с щелочами. Значительной биологической роли в жизнедеятельности человека талий не играет. Металл относится к ядам кумулятивного типа, а при больших концентрациях вещество способно вызвать поражения почек, нервной системы и желудочно-кишечного тракта.

E) Висмут (Bi)

Распространенность★★★(3.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★★ 4.0
Стоимость★★★★★ (5.0 из 5.0)
Применение★★★★(4.0 из 5.0)

Красивый металл, который в прошлых веках использовали для ковки красивого, переливающегося оружия – сабли, основа винтовок и так далее. Впервые о висмуте, как отдельном химическом элементе, упомянули в 1546 году, но официально металл признали только в 1739 году. Спустя целых 80 лет Берцелиус ввел элемент в периодическую систему. В поверхности земной коры висмут содержится в количестве 2*10 в (-5) % по массе. В руде содержится как чистый элемент, что существенно упрощает процесс его добычи. Промышленная добыча висмута (около 85%) происходит как попутный продукт от переработки медных, оловянных, свинцовых и прочих типов руд.

Физические свойства висмута:

  • 8 кристаллографических модификаций;
  • при переходе из твердого состояния в жидкое, наблюдается повышение плотности вещества;
  • удельное электрическое сопротивление растет с повышением температуры;
  • низкая теплопроводимость – 7.9 Вт/(м*К);
  • температура плавления 271 градус, а кипения – 1837 Кельвина;
  • модуль упругости составляет от 33 до 35 ГПа, а модуль сдвига – 12.5 ГПа;
  • в комнатной температуре металл имеет хрупкую структуру, но при повышении до 160-230 становится пластичным.

Висмут относится к редким металлам. Ежегодная добыча в чистом виде едва ли достигает отметки к 6 200 тонн ежегодно. Основные поставщики вещества на мировой рынок – Германия, Монголия, Австралия, Перу и Россия. Цена на металл непостоянна и меняется от уровня спроса. В 2020 году, к примеру, 1 килограмм висмута можно приобрести за 12$.

Справочные значения веса стального круга

F) Олово (Sn)

Распространенность★★★★(4.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★★ 4.0
Стоимость★★★★★ (5.0 из 5.0)
Применение★★★★(4.0 из 5.0)

История олова начинается еще с 4 века до нашей эры, но в чистой форме вещество было получено только в 21 веке. Происхождение названия металла – чисто славянское. Температура плавления олова составляет 231 градус, а кипения – 2 620 по Цельсию. Разница между показателями более чем заметна. Модуль упругости 55 ГПа, а временное сопротивление на разрыв – 20 МПа. Твердость по Бринеллю 152 МПа у белого и 62 МПа у серого олова. Температура литья – 260-300 по Цельсию.

Область применения олова:

  • как вариант антикоррозийного покрытия в сплаве или чистом веществе. Примерами таких сплавов является белая жесть, бронза и пьютер. Последний особо популярен в производстве посуды;
  • как составляющий компонент красок;
  • гамма-резонансная спектроскопия;
  • важный легирующий компонент при производстве титана;
  • двуокись олова используется как абразивный материал;
  • как анодный материал в химических источниках тока.

Олово относят к рассеянным редким элементам. В земной коре его процент разнится – от 2 до 8 умноженное на 10 в (-3) степени. Основным минералом для добычи олова считается касситерит, в котором содержится почти 80% чистого вещества. На втором месте – станнин, который более известен как оловянный колчедан (30%). Основные месторождения металла – Китай и Юго-восточная Азия. Достоверной информации о физиологическом воздействии олова на организм пока не имеется, но передозировки могут привести к отравлению и хроническим заболеваниям легких.

G) Индий (In)

Распространенность★★(2.0 из 5.0)Общая привлекательность в промышленности ★★★ 3.0
Стоимость★★★(3.0 из 5.0)
Применение★★★★(4.0 из 5.0)

Металл был открыт двумя немцами Рейхом и Рихтером в 1863 году. Многие могут предположить, что название сродни одноименной стране на карте мира, но на самом деле свое обозначение металл получил из-за синего цвета (индиго) линий в спектре. Вещество в природе можно добыть из 5 минералов, а его общая доля в отношении земной коры составляет всего 10 в (-5) степени, что делает вещество в чистом виде как редким, так и дорогим (от 100 долларов за 1 килограмм).

Где применяется индий:

  • оксидно-оловянная пленка незаменимый компонент ЖК экранов;
  • в качестве акцепторной примеси в микроэлектронике;
  • как компонент в легкоплавких припоях;
  • для покрытия зеркал. Отображающие свойства индия ничуть не хуже нежели у серебра;
  • основа для фотоэлементов;
  • входит в состав «голубого золота»;
  • в условиях вакуума используется как уплотнитель.

Температура плавления металла составляет 157 градусов, а кипения – 2072 градуса. Критическая температура для возникновения сверхпроводимости составляет 3.404 К. Твердость по Бринеллю 9 МПа, а по Моосу 1.2. Производство индия происходит из отходов цинка, реже свинца и олова. Ярко выраженной биологической роли металл для человека не имеет.

Калькулятор веса листового металла

2) Какой самый легкоплавкий металл + область его применения

В данном разделе мы хотим остановиться на 2-х элементах, а не одном. С физической точки зрения, самым легкоплавким металлом является ртуть, но существует еще один сравнительно безопасный металл, который часто используют для наглядной демонстрации самого физического процесса – галлий. Давайте вкратце расскажем о каждом из них.

А) Ртуть – ТОП-1 по легкоплавкости в мире

Для большинства людей ртуть знакома с самого детства – ртутные градусники до сих пор считаются точнейшим методом измерения температуры тела человека. В комнатной температуре (да и вообще при «+»), металл имеет расплавленную форму. Переход в твердую форму происходит при понижении температуры окружения до -39 градусов – это температура плавления чистого вещества.

В исторической справке металл известен с древности. Впервые чистую ртуть химическим путем получили в 1735 году. Сделал это швед-химик Брандт. По уровню распространения в природе, ртуть имеет концентрацию в 83 мг/тонну. Концентрация чистого вещества в ртутных рудах сравнительно высока и может достигать 2.8%-3%. В природе известно порядка 20 минералов с содержанием чистого вещества.

Плотность ртути меняется в зависимости ото температуры окружения. В нормальных условиях, при комнатной температуре – то 13 550 килограмм на метр кубический. Температура кипения чистого элемента составляет 357 градусов. Имеет диамагнетические свойства + способен образовывать с прочими металлами сплавы твердого и жидкого типов. В химическом плане ртуть малоактивная.

Области применения ртути:

  • как консервант для некоторых медпрепаратах;
  • рабочее тело в ртутных термометрах;
  • люминесцентные лампы могут заполняться ртутными парами;
  • элемент датчиков положения;
  • внедрение в некоторые типы красок. Например, чтобы не дать части корабля под водой обрасти морскими растениями;
  • легирующий материал для множества сплавов;
  • катод в электролитических методах получения металлов.

Все соединения ртути, как и сам материал ядовиты, потому, широкого распространения элемент в промышленности и быту человека не приобрел. В 21 веке направления использования ртути можно с успехом заменить на более безопасные элементы. Да, чуть дороже, но здоровье превыше всего.

Развернутая информация о самом легкоплавком металле на земле:

Б) Галлий (Ga) – металл, тающий в руках

Если говорить о наглядности, то обойти стороной рассматриваемый металл нереально. Температура тела человека 36.6, а галлий тает при температуре в 29.8 градуса. То есть, если взять металл в руки, он начнет растекаться – забавное зрелище. Существование элемента было предсказано самим Менделеевым, но впервые выделить металл удалось только в 1875 году Де Буабодраном.

На тонну земной коры приходится порядка 19 грамм галлия. Металл является типичным рассеянным химэлементом у которого двойная геохимическая природа. В чистой форме встретить металл нельзя, но в отношении количества минералов с его содержанием, может дать фору многим. Основными месторождениями галлия является страны Юго-Западной Африки, Россия и некоторые страны СНГ.

Где применяется галлий:

  • почти 97% добываемого галлия уходит на получение соединений полупроводникового типа;
  • как «холодная пайка» в радиоэлектронике для металла и керамики;
  • как легирующий компонент;
  • в получении зеркал оптического типа;
  • как замена ртути в выпрямителях электрического тока.

Элемент относится к малотоксичным веществам + биологически важной роли в жизни человека не имеет. Хотя галлий и не самый легкоплавкий металл, его поведение в руках человека многих вводит в заблуждение.

Существуют и другие участники ряда металлов таблицы Менделеева с небольшой температурой плавления, но из-за их малой области применения, рассматривать в рамках нашего сайта их просто нет смысла.

Ртуть

Полезный во многих сферах, но ядовитый металл был известен еще до нашей эры. Ртуть использовали античные и средневековые медики для лечения венерических и многих других заболеваний, алхимики пытались сделать из нее золото. Сегодня она применяется в электротехнике, приборостроении и органической химии.

Руть – это наиболее легкоплавкий металл на планете. При нормальных комнатных условиях она всегда жидкая, так как температура ее плавления составляет -39 градуса. Ее пары очень опасны, поэтому ртуть содержат только в контейнерах и специальных стеклянных колбах. На организм она действует как яд, отравляя его и выводя из строя нервную, иммунную, дыхательную и пищеварительную системы.

Философский камень в пиаре ртути

История ртути неразрывно связана с развитием алхимии. Ученые упорно искали «философский камень», способный превращать любой металл в золото. В этих исследованиях они истратили тонны ртути. Философского камня не нашли, но очень продвинули вперед минералогию, химию и многие смежные науки.

Жидкая ртуть в ампуле

Жидкая ртуть в ампуле

Познавательно: Торричелли, ученик Галилея, изобрел ртутный барометр. Прибор настолько точен, что им до сих пор оборудуют метеостанции, по нему проверяют работу других барометров.

Галлий

Вторым в списке наиболее легкоплавких металлов находится галлий. Он становится жидкостью при температуре выше 29,5 градусов Цельсия, и размягчить его можно просто подержав немного в руках. При нормальных условиях галлий очень хрупкий, легко поддается механическому воздействию и окрашен в светло-серебристый, несколько голубоватый оттенок.

Металл очень рассеян в земной коре и не встречается в виде самородков. В природе его находят в составе различных минералов, таких как гранат, мусковит, турмалин, хлорит, полевой шпат. Кроме того, он содержится в морской воде. Галлий используют в высокочастотной электронике, для изготовления зеркал и различных сплавов.

галлий плавится в руках

Самый легкоплавкий металл самый легкоплавкий металл в мире

Франций (27°C)


Элемент, занимающий 89-ю ячейку периодической таблицы — франций (Francium) — очень похож на цезий. Франций плавится при 27°C, но до этого неимоверно активный щелочной металл ещё требуется сберечь.

Мало того, что франций бурно реагирует буквально со всем подряд — он ещё и очень радиоактивен! Буквально через полчаса от килограмма франция останется — хорошо если горстка — разнообразных сильно излучающих продуктов деления.

Впрочем, в таких количествах его никто никогда и не видел. Неудивительно, что в природе этот элемент один из самых редко встречающихся. Да и практического применения ему так и не нашлось.

Индий

В качестве простого вещества индий очень светлый, ковкий и мягкий настолько, что даже оставляет след, если им провести по бумаге. Он также является одним из наиболее легкоплавких металлов, но воздействуют на него только температуры выше 157 °C. Закипает он при 2072 градусах.

Как и галлий, индий не образует собственных месторождений, но содержится в различных рудах. Благодаря своей рассеяности в природе металл довольно дорогой. Его применяют в микроэлектронике, для изготовления легкоплавких сплавов, припоев, жидкокристаллических экранов для техники.

легкоплавкий индий

Рубидий (39,31°C)


37-й элемент таблицы — рубидий (Rubidium) плавится всего при 39,31°C. Кусочек рубидия может растаять на блюдце как сливочное масло. Это лёгкий металл, его плотность лишь немного превышает плотность воды. Но реагирует с водой рубидий не менее бурно, чем его близкие родственники калий и натрий.

Рубидий удивителен своими химическими свойствами. Сам по себе щелочной металл очень легко вступает в разнообразные химические реакции. Но при этом соли рубидия и его сплавы с другими металлами являются хорошими катализаторами реакций. То есть, значительно ускоряют процесс, при этом совершенно не расходуясь сами по себе. Это делает рубидий ценным материалом для химической промышленности и радиоэлектроники.

Олово

Олово плавится от температуры выше 231 градуса по Цельсию. Это пластичный и мягкий металл, светло-серебристого цвета. Оно существует четырех аллотропных модификациях, две из них появляются только при высоком давлении.

Олово довольно рассеяно в природе, но может образовывать собственные минералы, например, станнин и касситерит. Его используют в качестве покрытия для металлов для усиления их устойчивости к коррозии, а также для производства жести, фольги, разнообразных сплавов, посуды и деталей для музыкальных инструментов.

Жидкое серебро в нашем доме

Почти в каждом доме есть ртутный градусник, и разбить его очень просто. Ртуть окажется на полу, это создаст опасность для здоровья.

Как правильно собрать шарики ртути:

  1. Ртуть легко «прилипает» к оловянной фольге.
  2. Если в доме есть азотная кислота — смочите в ней медную проволочку, и собирайте ртутные шарики в емкость (лучше стеклянную).
  3. Попытайтесь собрать шарики шприцем без иглы.
  4. Мелкие частички можно собирать скотчем.
  5. Обработайте место разлива раствором марганцовки или хлорной извести.

Нельзя собирать разлившийся металл веником или пылесосом.

Познавательно: если вы купили термометр, а в нем красная жидкость — не думайте, что это легендарная красная ртуть. Это просто спиртовой, а не ртутный термометр.

Литий

Литий – наиболее легкоплавкий металл, который становится жидкостью при температуре 180 градусов. Он мягкий, хорошо поддается ковке и механической обработке. Он относится к щелочным металлам, но проявляет активность гораздо хуже остальных представителей группы. Он медленно реагирует с влажным воздухом, а в сухой атмосфере остается практически стабильным

металл литий

Металл встречается в сподумене, лепидолите, в месторождениях с оловом, висмутом и вольфрамом, содержится в морской воде и в звездных космических объектах. Литий часто используется для изготовления гальванических элементов, аккумуляторов, применяют в качестве окислителя, а также в пиротехнике. В сплавах с кадмием, медью и алюминием используется в космической, военной и авиационной технике.

Калий (63,5°C)


Близкий родственник натрия — калий. Элемент №19 (Kalium) также бурно реагирует с водой, образуя щёлочь, и также легкоплавок — 63,5°C. А вот съедобных соединений калия почти нет, и в этом он полная противоположность натрию. Хотя в ограниченно малых количествах организму всё-таки необходим (микроэлемент).

В чистом виде калий практического применения не имеет. Но его многочисленные соединения с древних времён известны как удобрения, моющие средства, важные компоненты многих химических процессов.

Как происходит процесс

Элементы, какими бы они ни были: золото, железо, чугун, сталь или любой другой — плавятся примерно одинаково. Это происходит при внешнем или внутреннем нагревании. Внешнее нагревание осуществляется в термической печи. Для внутреннего применяют резистивный нагрев, пропуская электрический ток или индукционный нагрев в электромагнитном поле высокой частоты. Воздействие при этом примерно одинаковое.

Когда происходит нагревание, усиливается амплитуда тепловых колебаний молекул. Появляются структурные дефекты решётки, сопровождаемые разрывом межатомных связей. Период разрушения решётки и скопления дефектов и называется плавлением.

В зависимости от градуса, при котором плавятся металлы, они разделяются на:

  1. легкоплавкие — до 600 °C: свинец, цинк, олово;
  2. среднеплавкие — от 600 °C до 1600 °C: золото, медь, алюминий, чугун, железо и большая часть всех элементов и соединений;
  3. тугоплавкие — от 1600 °C: хром, вольфрам, молибден, титан.

В зависимости от того, каков максимальный градус, подбирается и плавильный аппарат. Он должен быть тем прочнее, чем сильнее будет нагревание.

Вторая важная величина — градус кипения. Это параметр, при достижении которого начинается кипение жидкостей. Как правило, она в два раза выше градуса плавления. Эти величины прямо пропорциональны между собой и обычно их приводят при нормальном давлении.

Если давление увеличивается, величина плавления тоже увеличивается. Если давление уменьшается, то и она уменьшается.

Воздействие на организм

Самый легкоплавкий металл обладает первой степенью токсичности. Он испаряется уже при комнатной температуре, и чем воздух горячее, тем выше скорость испарения. На организм человека ртуть действует отравляюще, поражая нервную, пищеварительную, дыхательную и другие системы. Это может привести к летальному исходу. Симптомы проявляются спустя 8-24 часа.

Длительное воздействие небольших доз ртути проявляется в виде хронических недугов. Человек становится раздражительным и вспыльчивым, страдает от нехватки сна и головных болей, теряет работоспособность, быстро устает.

Острые отравления могут иметь похожие симптомы вначале. Они также сопровождаются повышенной температурой, слабостью, рвотой и тошнотой, болью в желудке, дрожью во всем теле или в отдельных его частях. Вещество поражает почки, что проявляется частыми позывами к мочеиспусканию.

Широкое применение ртути нередко было причиной профессиональных отравлений. Так, в средние века её использовали для изготовления фетра для шляп. Симптомы, которые появлялись у мастеров, называли «болезнью старого шляпника».

Пищевые отравления ртутью возможны у тех, кто любит морепродукты. Металл отлично усваивается организмом морских обитателей, постепенно накапливаясь в нём. В регионах, где люди постоянно употребляют рыбу и другие продукты моря, могут возникать симптомы хронического отравления. Особенно часто они встречаются у жителей прибрежных областей Канады, Колумбии, Бразилии и Китая.

Источник https://miminonino.ru/raboty/legkoplavkie-metally-spisok.html

Источник https://vtothod.ru/klassy/kakie-byvayut-vidy-i-tipy-metallov-i-ih-splavov

Источник https://lux-stahl.ru/stanki-i-instrumenty/samyj-legkoplavkij-metall-posle-rtuti.html