Топ 10 самых плотных веществ на 2021 год

Содержание

Топ 10 самых плотных веществ на 2021 год

Представляет собой голубовато-белый металлический порошок. В природе встречается в виде семи изотопов, шесть из них стабильны и один неустойчив. По плотности немного превосходит иридий, который имеет плотность 22,4 грамма на кубический сантиметр. Из обнаруженных на сегодня материалов, самое тяжёлое вещество в мире — это осмий.

Он относится к группе редкоземельных металлов, таких как лантан, иттрий, скандий и других лантаноидов.


Осмий и иридий — самые тяжелые металлы в мире

Рассмотрим основных тяжеловесов, которые делят 1 и 2 места. Начнем с иридия и заодно произнесём слова благодарности в адрес английского ученого Смитсона Теннат, который в 1803 году получил этот химический элемент из платины, где присутствовал вместе с осмием в виде примеси. Иридий с древнегреческого можно перевести, как «радуга». Металл имеет белый цвет с серебряным оттенком и его можно назвать ни только тяжеловесным, но и самым прочным. На нашей планете его очень мало и за год его добывают всего до 10000 кг. Известно, что большинство месторождений иридия можно обнаружить на местах падения метеоритов. Некоторые ученые приходят к мысли, что данный металл ранее был широко распространён на нашей планете, однако из-за своего веса, он постоянно выдавливал себя ближе к центру Земли. Иридий сейчас широко востребован в промышленности и используется для получения электрической энергии. Так же его любят использовать палеонтологи, и с помощью иридия определяют возраст многих находок. Вдобавок, данный металл могут использовать для покрытия некоторых поверхностей. Но сделать это сложно.

Далее рассмотрим осмий. Он самый тяжёлый в периодической таблице Менделеева , ну, соответственно, и самый тяжелый в мире металл. Осмий имеет оловянно-белый с синим оттенок и также открыт Смитсоном Теннат одновременно с иридием. Осмий практически невозможно обработать и, в основном, его находят на местах падения метеоритов. Он неприятно пахнет, запах похож на смесь хлора и чеснока. И с древнегреческого переводится, как «запах». Металл довольно тугоплавкий и используется в лампочках и в других приборах с тугоплавкими металлами. За один только грамм этого элемента надо заплатить более 10000 долларов, из этого понятно, что метал очень редкий.

Дороже золота и алмазов

Добывается его очень мало, порядка десяти тысяч килограмм в год. Даже в наиболее большом источнике осмия, Джезказганском месторождении, содержится порядка трёх десятимиллионных долей. Биржевая стоимость редкого металла в мире достигает порядка 200 тысяч долларов за один грамм. При этом максимальная чистота элемента в процессе очистки около семидесяти процентов.

самое тяжелое вещество в мире

Хотя в российских лабораториях удалось получить чистоту 90,4 процента, но количество металла не превышало нескольких миллиграмм.

Иридий — 22,65 г/см³

Соли иридия отличаются разнообразием расцветок. Название металла происходит от имени Ириды — греческой богини радуги.

В земной коре иридия в сорок раз меньше, чем золота. В метеоритном веществе его содержание значительно больше, чем на Земле.

Соединяя иридий с платиной, можно получить сплав необычайно прочный и химически стойкий.

Иридий — отличный катализатор, но из-за редкости этого металла и высокой цены его применение ограничено. Впрочем, автовладельцам знакомы иридиевые свечи зажигания — в них используется тугоплавкость и каталитические свойства тонкого покрытия из иридия.

Для того чтобы определить, какой самый тяжелый металл в мире, нужно рассмотреть двух основных претендентов на это звание, а именно — осмий и иридий. Два самых плотных элемента таблицы Менделеева занимают в ней, соответственно, места под номерами 76 и 77. Плотность данных металлов составляет, исходя из их свойств, 22,6 грамма на кубический сантиметр.

Чтобы понять, что же собой представляет самый тяжелый металл, можно сравнить обыкновенную пробку с пробкой, изготовленной из любого претендента на звание «Самый тяжелый металл в мире». Так, чтобы привести весы в равновесие, понадобится чуть более ста обыкновенных пробок, в то время как они должны будут уравновесить всего лишь одну, выполненную из осмия или иридия.

Оба металла были открыты в начале XIX века. Их открытие приписывают ученому С. Теннанту, который в 1804 году проводил анализ осадков, полученных в результате обработки платиновых самородков «царской водкой» (одна часть азотной и три части В изучаемом осадке он и выявил два химических элемента, которым присвоил названия осмия и иридия. Иридий получил свое название от греческого слова, обозначающего радугу. Это связано с тем, что соли данного элемента изменяют окраску в зависимости от условий.

Исследования были продолжены К. Клаусом, который, начиная с 1841 г, получил финансирование на проведение исследований остатков обработки самородной платины с целью получения дополнительных порций этого драгоценного металла. Поставленная цель так и не была достигнута, однако в процессе работы ученый решил провести тщательное изучение остаточных элементов.

Причина, по которой сложно определить, какой самый из этих двух элементов, заключается в том, что разница в плотности составляет сотую часть грамма. Ситуация усугубляется тем, что самородных элементов в природе не существует.

Добывают самый тяжелый металл из самородков, которые представляют собой соединение рутения, осмия, платины, палладия и самого иридия. Полученный элемент представляет собой порошкообразное вещество, которое можно ковать при очень высоких температурах. В то же время иридий является так называемым «платиновым металлом», что определяет некоторые его свойства, среди которых полная невосприимчивость к кислотам их смесям. К примеру, взаимодействие с «царской водкой» не приводит к каким-либо последствиям. Иридий растворяется только в некоторых щелочных смесях, к примеру, в дисульфате калия.

Для чего же используют самый тяжелый металл? Из него изготавливают тигли, которые идеально подходят для работы в лабораторных условиях, а также специальный вид мундштука, который применяют для получения тугоплавкого стекла. Его также можно встретить в дорогих перьевых ручках и в стержнях шариковых ручек. К тому же, в связи со снижением себестоимости, иридий стали применять в автомобилестроении, где он широко используется в изготовлении свечей зажигания. Следует отметить, что полученные свечи имеют высокую стоимость, однако их изготовление оправдывает себя, поскольку в результате получают очень долговечные и надежные комплектующие.

Современные цены на этот самый тяжелый металл составляют 35 американских долларов за грамм иридия.

Обновлено: 05.11.2019 14:38:43

Эксперт: Залман Ривлин

*Обзор лучших по мнению редакции сайт. О критериях отбора. Данный материал носит субъективный характер, не является рекламой и не служит руководством к покупке. Перед покупкой необходима консультация со специалистом.

Наша планета богата ценными ресурсами, но есть и такие, количество которых измеряется крохами. Как ни странно, эти элементы – одни из самых востребованных в мире. В их числе и тяжелые металлы. Только представьте, 8-сантиметровый кубик тяжелейшего металла в мире весит целых 12 кг (!). Сегодня речь пойдет именно о «тяжеловесах» в мире металлов.

Плотность материи за пределами планеты Земля

Осмий, бесспорно, является лидером самых тяжёлых элементов нашей планеты. Но если мы обратим свой взор в космос, то нашему вниманию откроется множество веществ более тяжёлых, чем наш «король» тяжёлых элементов.

Дело в том, что во Вселенной существуют условия несколько другие, чем на Земле. Гравитация ряда космических объектов настолько велика, что вещество неимоверно уплотняется.

Если рассмотреть структуру атома, то обнаружится, что расстояния в межатомном мире чем-то напоминают видимый нами космос. Где планеты, звезды и прочие космические тела находятся на достаточно большой дистанции. Остальное же занимает пустота. Именно такую структуру имеют атомы, и при сильной гравитации эта дистанция достаточно сильно уменьшается. Вплоть до «вдавливания» одних элементарных частиц в другие.

Вольфрам, Плотность: 19,25 г/см3

Наиболее распространенное использование вольфрама в лампах накаливания и рентгеновских трубах, где его высокая температура плавления важна для эффективной работы в условиях сильной жары. В чистом виде его температура плавления, пожалуй, самая высокая из всех металлов, найденных на Земле. Китай является крупнейшим производителем вольфрама в мире, затем следуют Россия и Канада.

Его чрезвычайно высокая прочность на растяжение и относительно небольшой вес также сделали его подходящим материалом для производства гранат и снарядов, где он легируются другими тяжелыми металлами, такими как железо и никель.

Нейтронные звезды – сверхплотные объекты космоса

В поисках за пределами нашей Земли мы сможем обнаружить самое тяжёлое вещество в космосе на нейтронных звёздах.


Это достаточно уникальные космические обитатели, один из возможных типов эволюции звёзд. Диаметр таких объектов составляет от 10 до 200 километров, при массе равной нашему Солнцу или в 2-3 раза больше.

Это космическое тело в основном состоит из нейтронной сердцевины, которая состоит из текучих нейтронов. Хотя по некоторым предположениям учёных она должна находиться в твёрдом состоянии, достоверной информации на сегодня не существует. Однако известно, что именно нейтронные звезды, достигая своего передела сжатия, впоследствии превращаются в сверхновые звезды с колоссальным выбросом энергии, порядка 1043-1045 джоулей.

Плотность такой звезды сравнима, к примеру, с весом горы Эверест, помещённой в спичечный коробок. Это сотни миллиардов тонн в одном кубическом миллиметре. К примеру, чтобы стало более понятно, насколько велика плотность вещества, возьмём нашу планету с её массой 5,9×1024 кг и «превратим» в нейтронную звезду.

В результате, чтобы плотность Земли сравнялась с плотностью нейтронной звезды, её нужно уменьшить до размеров обычного яблока, диаметром 7-10 сантиметров. Плотность уникальных звёздных объектов увеличивается с перемещением к центру.

Очень интересно, а главное полезно!

Металлы являются неотъемлемой частью нашей жизни. Люди производят из них современные средства передвижения (автомобили, мотоциклы, велосипеды и т.п.), бытовую технику, посуду и многое другое. По сути, они стали основой основ во всех сферах жизни человека: производстве, строительстве, медицине и т.д. Область применения зависит от самого металла и его свойств, в том числе от тяжести. Под тяжестью обычно подразумевается отношение его массы к объему, то есть плотность. Однако также характеризовать металлы по весу можно основываясь на их относительной атомной массе. Исходя из этой характеристики, уран и плутоний самые тяжелые из всех известных в настоящее время металлов.

Если рассматривать плотность как меру определения тяжести, то рейтинг самых тяжелых металлов выстроится следующим образом:

10 место: Тантал. Плотность 16,67 г/см³.

плотный металл тантал

Тантал редкий метал голубовато-серого, но чаще свинцового цвета. Он очень твердый и тугоплавкий. Однако несмотря на высокую температуру плавления (3017 °С) тантал остается очень пластичным, из-за чего легко поддается механической обработке. Благодаря своим физическим свойствам тантал широко применяется при производстве высокотехнологичных устройств и оборудования: конденсаторов, мобильных устройств, компьютерной техники, в военной отрасли.

9 место: Уран. Плотность 19,05 г/см³.

метал уран

По относительной атомной массе уран самый тяжелый на планете. Цвет вещества серебристо-коричневый или серебристо-белый, глянцевитый. Уран весьма ковкий, гибкий и плотный. Широко применяется в ядерных реакторах и при производстве ядерного оружия.

8 место: Вольфрам. Плотность 19,29 г/см³.

вольфрам самый плотный метал

Помимо одной из самых высоких плотностей в мире, вольфрам характеризуется высокой тепло- и электропроводностью, повышенной устойчивостью к истиранию и воздействию кислот. Исключительной особенностью вольфрама является его тугоплавкость. У него самая высокая температура плавления (3422 °C). Выше только у углерода. При этом кипит вольфрам при 5555 °C. Для понимания серьезности этих цифр: температура поверхности Солнца 5500 °C. В чистом виде вольфрам серебристо-белый, легко поддающийся ковке. Является спутником оловянной руды, но при выплавке олова превращает его в шлаковую пену, за что был назван «волчьими сливками».

7 место: Золото. Плотность 19,29 г/см³.

золото мягкий метал

Драгоценный металл, значимый во всем мире. Исторически так сложилось, что его покупают и продают, когда-то даже могли убить ради золота. В настоящее время золото не менее востребовано, ведь золотым фондом подкрепляют денежное благосостояние страны. Самые крупные запасы этого металла зафиксированы в Америке. Навряд ли когда-нибудь наступит время, когда золото перестанет быть таким востребованным. Разве что его потеснит какой-нибудь другой драгоценный металл.

Занимательный факт: кто-то может себе представить, что золото растет на деревьях? А вот может! Например, в листьях эвкалипта, растущего на золотоносной почве, концентрируется небольшое количество этого драгоценного металла.

6 место: Плутоний. Плотность 19,80 г/см³.

самый тяжелый метал на земле плутоний

Плутоний – самый тяжелый металл на земле и самое важное вещество в производстве ядерного оружия. Этот металл обладает впечатляющей цветовой палитрой, ведь при окислении (в зависимости от степени окисления и самих кислот) он подобно хамелеону демонстрирует цветовую гамму от светло-фиолетового, шоколадного, до светло-оранжевого или зеленого.

5 место: Нептуний. Плотность 20,47 г/см³.

нептуний

Впервые металл был экспериментально выведен в первой половине 20 века американскими исследователями: химиком Э. Макмилланом и геохимиком Ф. Абельсоном. Свое название он получил по имени восьмой планеты Солнечной системы — Нептун. Нептуний получают из продуктов длительного облучения урана в ядерных реакторах при синтезе плутония.

4 место: Рений. Плотность 21,01 г/см³.

металл рений

Canon 100mm EF macro
Еще один значимый и редкий, а следовательно дорогой металл. Открыт рений был в 1922 году в Германии немецкими химиками-супругами Идой и Вальтером Ноддаками, подарившими металлу название в честь реки Рейн.

Сам металл обладает серебристо-белым цветом, он очень плотный и твердый. Благодаря высоким температурам кипения (5869 °С) и плавления (3186 °С), рений может быть подвержен многократным перегревам и охлаждениям, сохраняя прочностные характеристики. Из-за этих свойств рений в сплавах с вольфрамом и молибденом применяется в авиации и ракетном строительстве.

3 место: Платина. Плотность 21,40 г/см³.

платина

Платина относится к благородным металлам и используется различных сферах человеческой деятельности: изготовление ювелирных изделий, стоматология, приборостроение и другие отрасли. Общая добыча платины за год в России достигает 25 тонн, при этом передовиком в этой области является ПАО «Норникель».

2 место: Осмий. Плотность 22,61 г/см³.

осмий очень твердый и хрупкий металл

Осмий — серебристо-белый металл с голубоватым оттенком. Он очень твердый, но хрупкий. Без примесей его практически не используют. Как правило, осмий перемешивают с подобными плотными металлами, например, платиной. Получившаяся многокомпонентная металлическая смесь используется при изготовлении медицинского оборудования, например, в хирургии.

Названия металла переводится как «запах». Это связано с появлением специфического хлористого аромата при растворении щелочного сплава осмия и иридия. Осмий крайне тяжелый металл, вес которого вдвое превышает вес свинца.

1 место: Иридий. Плотность 22,65 г/см³.

иридий самый плотный метал на земле

По плотности иридий можно назвать самым тяжелым из известных металлов. Но некоторые исследователи до сих пор не могут сойтись во мнении, плотность иридия, или же осмия выше? Это связано с тем, что чистое вещество получить крайне тяжело, а примеси значительно снижают плотностные характеристики.

Плотность иридия почти в 3 раза больше плотности железа, и в 2 раза тяжелее ртути.

Открытие иридия произошло благодаря трудам англичанина Смитсона Теннанта в 1803 году. Он был химиком и обнаружил иридий совершенно случайно, растворяя платину. В оставшемся нерастворимом остатке он обнаружил незнакомое вещество, известное нам теперь как иридий.

Название «иридий» означает «радуга». Такое название было выбрано из-за радужного цвета солей, находящихся в нем. Как правило в земной коре иридий практически не встречается, в отличии от космических объектов. Поэтому его нахождение в земле в большом количестве может свидетельствовать о происходивших метеоритных бомбардировках на конкретной территории.

Сплав иридия и платины обычно применяется для производства устройств, которые должны подвергаться большим температурным нагрузкам. Обычно он появляется как побочное вещество при добыче никеля. За год в мире добывается в среднем 10 тысяч кг иридия, при этом больше всего добычи происходит в Южной Африке.

Слои и плотность вещества

Наружный слой звезды представлен собой в виде магнитосферы. Непосредственно под ней плотность вещества уже достигает порядка одной тонны на сантиметр кубический. Учитывая наши знания о Земле, на данный момент, это самое тяжёлое вещество из обнаруженных элементов. Но не спешите с выводами.

самое тяжелое вещество

Продолжим наши исследования уникальных звёзд. Их называют также пульсарами, из-за высокой скорости вращения вокруг своей оси. Этот показатель у различных объектов колеблется от нескольких десятков до сотен оборотов в секунду.

Проследуем далее в изучении сверхплотных космических тел. Затем следует слой, который имеет характеристики металла, но, скорее всего, он похож по поведению и структуре. Кристаллы намного меньше, чем мы видим в кристаллической решётке Земных веществ. Чтобы выстроить линию из кристаллов в 1 сантиметр, понадобится выложить более 10 миллиардов элементов. Плотность в этом слое в один миллион раз выше, чем в наружном. Это не самое тяжёлое вещество звезды. Далее следует слой, богатый нейтронами, плотность которого в тысячу раз превышает предыдущий.

Чёрные дыры во Вселенной

Следует обратить внимание, на то, что сегодня уже открыто. Это чёрные дыры. Возможно, именно эти загадочные объекты могут быть претендентами на то, что самое тяжёлое вещество во Вселенной — их составляющая. Обратите внимание, что гравитация чёрных дыр настолько велика, что свет не может её покинуть.

самое тяжелое вещество во вселенной

По предположениям учёных, вещество, затянутое в область пространства времени, уплотняется настолько, что пространства между элементарными частицами не остаётся.

К сожалению, за горизонтом событий (так называется граница, где свет и любой объект, под действием сил гравитации, не может покинуть чёрную дыру) следуют наши догадки и косвенные предположения, основанные на выбросах потоков частиц.

Ряд учёных предполагают, что за горизонтом событий смешиваются пространство и время. Существует мнение, что они могут являться «проходом» в другую Вселенную. Возможно, это соответствует истине, хотя вполне возможно, что за этими пределами открывается другое пространство с совершенно новыми законами. Область, где время поменяется «местом» с пространством. Местонахождение будущего и прошлого определяется всего лишь выбором следования. Подобно нашему выбору идти направо или налево.

Потенциально допустимо, что во Вселенной существуют цивилизации, которые освоили путешествия во времени через чёрные дыры. Возможно, в будущем люди с планеты Земля откроют тайну путешествий сквозь время.

7 самых тяжелых элементов на Земле | По атомной массе

Вы знали, что изначально в таблице Менделеева содержалась нулевая группа, в которой наравне с инертными газами стоял эфир? Хотя сегодня не об этом. 10 млн долларов – именно в такую сумму оценивается 1 грамм самого редкого в мире металла калифорния. Второе место по редкости, соответственно, и по цене, занимает осмий.

Кроме того, он еще и самый тяжелый металл в мире, хотя некоторые ученые считают, что эту позицию должен занимать иридий.

Какой металл самый тяжелый?

Чтобы определить, что тяжелее, надо сравнить атомный вес и посмотреть, что обладает более высокой плотностью. По этим показателям на сегодняшний день самыми тяжелыми считаются осмий и уступающий ему на доли кубических сантиметров иридий. Представьте: кубик осмия с восьмисантиметровыми сторонами весит почти 12 кг!

Предлагаю взглянуть на фото самого тяжелого металла:

Красавцы, не правда?

Топ-10 самых тяжелых металлов в мире

Предлагаю ознакомиться с элементами согласно их рейтингу.

Тантал

Считается редким и не очень тяжелым металлом, он обладает плотностью 16,65 г/см³. Его используют хирурги – он практически не поддается разрушению и ржавчине, легок в обработке.

Плотность урана – 19,07 г/см³. Его основное отличие от собратьев – природная радиоактивность. В процессе трансформации, которые претерпевают атомы урана, вещество превращается в другой излучающий элемент. Цепочка превращений состоит из 14 этапов, один из них – преобразование в радий, последняя стадия – образование свинца. Правда, для полного перехода урана в свинец понадобится не один миллиард лет.

Вольфрам

Вольфрам (19,25 г/см³) в шутку называют идеальным кандидатом для подделки золотых слитков. Это самый тугоплавкий материал, температура плавления приближена к фотосфере Солнца – 3422 °C. Поэтому он лучше всего подходит для спиралей в лампах накаливания.

Золото

Плотность золота – 19,3 г/см³. Мягкое, тягучее, обладающее хорошей тепло- и электрической проводимостью, оно не боится химического воздействия. Золото находится не только на поверхности Земли. В 5 раз больше его содержится в ядре планеты.

Плутоний

Этот элемент – одна из ступеней радиоактивного преобразования урана. В недрах планеты он тоже есть, но в мизерных количествах. Плотность его составляет 19,7 г/см³. Из-за своей радиоактивности плутоний всегда теплый, при этом плохо проводит ток и тепло.

Нептуний

Это еще одно детище урана, полученное в ходе ядерных реакций. Плотность – 20,25 грамм на кубический сантиметр. Нептуний довольно мягкий и ковкий материал, который медленно вступает в реакцию с воздухом и водой.

Рений

Рений – еще один тугоплавкий, ковкий, стойкий к окислению элемент. Температура плавления – 2000 °C. В общей сложности мировые запасы элемента составляют примерно 17 000 тонн. Плотность рения – 21,03 г/см³. Его используют в медицине, ювелирном деле, вакуумной технике, электронных приборах и металлургии.

Платина

Платина – хоть и не самый тяжелый металл, но довольно близок к этому – 21,45 г/см³. Она используется не только ювелирами, но и хирургами, специалистами в области инвестиций, в химической и стекольной промышленности, автомобильном деле, биомедицине и электронике. Платина исключительно вынослива, а изделия из нее трудно поцарапать. Этот элемент встречается в 30 раз реже золота.

Осмий

Плотность 22,6 г/см³ – самый тяжелый в мире металл, он твердый, но довольно ломкий. Как его ни нагревай, свой блеск и серо-голубоватый оттенок он не потеряет ни при каких условиях. Его трудно обрабатывать, в основном залегает в местах падения метеоритов.

Иридий

Разница между иридием и осмием по плотности – в сотых частях грамма. Иридий тугоплавкий, относится к редким, драгоценным. Не взаимодействует с кислотами, воздухом и водой. Применяется для контроля сварочных швов, а в палеонтологии и геологии используется в качестве индикатора слоя, сформировавшегося после падения метеорита.

Свинец и золото — самые тяжелые металлы

Так уж сложилось, что многие из нас считают свинец и золото самыми тяжелыми металлами. И лишь немногие вспоминают о существовании более тяжелых элементов, та­ких как осмий или платина, однако свинец все равно ставится в один ряд с этими веществами.

А может ли свинец претен­довать на звание тяжелейшего вещества на Земле? Нет, не может, его плотность слишком мала для этого, но обо всем по порядку.

Каждое вещество имеет определенную плотность, то есть отношение массы к занимаемому этой массой объему. И чем больше массы вещества «помещается» в определенный объем пространства, тем это вещество плотнее. Мы можем определить плотность по тяжести — чем плотнее вещество, тем оно тяжелее на ощупь. Интересно, что разброс плотностей веществ в нашем мире огромен — от сотни граммов до двух с лишним десятков тонн в одном кубическом метре. Но нас сейчас интересуют тяжесть золота и свинца, а также их положение на шкале плотности всех известных нам элементов.

Свинец и золото — самые тяжелые металлы

Если составить список металлов согласно их плотности (рас­сматриваются металлы, так как именно они (за редким ис­ключением) являются самыми плотными среди всех веществ), то первые десять позиций будут следующими (начиная с самого тяжелого): осмий (22,61 г/см3), иридий (22,57 г/см3), платина (21,46 г/см3), рений (21,02 г/см3), нептуний (20,45 г/см3), плуто­ний (19,84 г/см3), золото (19,28 г/см3), вольфрам (19,25 г/см3), уран (18,95 г/см3) и тантал (16,65 г/см3).

А где же свинец?! Он находится почти на двадцатой строчке нашего списка, так как его плотность —11,34 г/см3 — в два раза меньше, чем плотность самых тяжелых металлов. А чтобы понять, насколько эти метал­лы тяжелы, можно вспомнить, что кубический сантиметр сосны, березы, липы или осины имеет массу около половины грамма — почти в 50 раз меньше, чем самые плотные из металлов!

В списке указано, что самым плотным металлом является осмий, а с небольшим отставанием за ним следует иридий, и этой точки зрения сейчас придерживается официальная наука. Однако необходимо внести некоторую ясность, так как плот­ность этих двух металлов в значительной степени зависит от того, как проводить измерения.

Каждый элемент во Вселенной состоит из нескольких изото­пов — совершенно одинаковых по химическим свойствам ато­мов, отличающихся лишь внутренним строением ядра и мас­сой. В ядрах изотопов одного элемента (в переводе с греческого изотопы — «занимающие одно место»: isos — «одинаковый» и topos — «место») находится одинаковое количество протонов, а вот число нейтронов может изменяться. Именно из-за разного количества нейтронов меняется и плотность изотопов одного вещества, эта разница ничтожна, но при больших объемах может быть весьма ощутима. Например, у того же осмия на­считывается 7 изотопов, среди которых один является радио­активным.

В связи с этим необходимо оговаривать, в каких пропорциях в данном элементе находятся различные его изотопы. В частно­сти, 1 кг металлического осмия содержит в себе около 410 грам­мов осмия-192, 264 грамма осмия-190, 161 грамм осмия-189, 133 грамма осмия-188, 16,4 грамма осмия-187, 15,9 грамма осмия-186 и сотые доли грамма осмия-184. У иридия ситуация иная, так как известны всего два его естественных изотопа, по­этому 1 кг этого металла состоит из 627 граммов иридия-193 и 373 граммов иридия-191. Однако такое соотношение разных изотопов в одном образце наблюдается не всегда, поэтому и воз­никают проблемы с точным измерением плотности.

Это наглядно прослеживается на примере измерения плот­ностей осмия и иридия и их соперничества на звание самого тяжелого металла. Можно сказать, что плотность обоих металлов в среднем равна 26,2 г/см3, однако эти показатели могут менять­ся от 22,57 г/см3 (иридий) и 22,61 г/см3 (осмий) до 22,65 г/см3 (снова иридий). Такой разброс как раз и определяется наличием в измеряемых образцах более легких или более тяжелых изо­топов.

Однако существуют металлы, обладающие гораздо большей плотностью, чем осмий или иридий. Хотя термин «существуют» к ним подходит слабо: эти элементы получены искусственно на ускорителях, а в природе их нет. Точные значения плотностей самых тяжелых из искусственных элементов неизвестны, потому что все они нестабильны (распадаются за время от несколь­ких часов до долей секунд), а некоторые из них были получены в количестве двух-трех ядер! Поэтому приведенные ниже плотно­сти металлов являются очень приближенными и вычисленными лишь по косвенным данным.

Сиборгий (элемент № 106 в таблице Менделеева) получен в 1974 году в США; предполагают, что его плотность равна 35 г/см3. Мейтнерий (элемент № 109) синтезирован в 1982 году в Германии, по расчету, его плотность также достигает 35 г/см3. Борий (элемент № 107) сначала получен в 1976 году в СССР, а по­вторно в 1981 году в Германии. Его плотность должна достигать 37 г/см3. Дубний (элемент № 105) открыт в 1970 году в СССР, его плотность должна составлять 39 г/см3. Хассий (элемент № 108) синтезирован в 1984 году в Германии, по примерным расчетам, он должен обладать плотностью около 41 г/см3. О плотностях других искусственных элементов, полученных за последние годы, пока говорить не приходится, ведь даже ученые затрудняются хотя бы примерно оценить этот параметр.

Пока на Земле не существует более плотных веществ, чем осмий или иридий. Однако в космическом пространстве есть объ­екты, плотность которых в сотни, тысячи и миллионы раз больше. Например, вещество белых карликов (угасающих звезд, размеры которых близки к размерам Земли) может обладать плотностью от 100 кг до 1000 тонн на кубический сантиметр! Это обсто­ятельство в 1862 году поразило научную общественность (имен­но в этом году был открыт первый белый карлик — Сириус В), а объяснение этого факта было найдено лишь в 30-х годах про­шлого века.

Однако и эта плотность — не предел. Вещество нейтронных звезд обладает плотностью, превышающей 300-500 миллионов тонн на кубический сантиметр! Это даже больше, чем плот­ность атомных ядер. Но самой большой плотностью должны обладать черные дыры — в их центрах плотность стремится к бесконечности, хотя при тех условиях, что теоретически долж­ны наблюдаться в черных дырах, нельзя говорить ни о времени, ни о пространстве, ни о плотности в нашем понимании смысла этих слов…

Предыдущая статья: У человека нет ни одного органа Следующая статья: Вода кипит при 100 градусах

Характеристики самого плотного металла

Ученые сошлись во мнении, что, несмотря на практически одинаковую плотность, иридий совсем чуть-чуть уступает самому тяжелому металлу. Однако полностью физико-химические свойства этих двух элементов пока не изучены.

Редкостью и трудозатратностью добычи обусловлена стоимость осмия – в среднем от $15 000 за грамм. Он внесен в группу платиновых и условно считается благородным, однако название металла противоречит статусу: по-гречески «осме» значит «запах». Из-за высокой химической активности осмий пахнет смесью чеснока или редьки с хлором.

Температура плавления самого тяжелого металла – 3033 °C, а кипит он при 5012 °C.

Застывая из расплава, осмий образует красивые кристаллы с интересным сине- или серебристо-голубым отливом. Но, несмотря на красоту, для изготовления драгоценных аксессуаров он не подходит, так как не обладает свойствами, необходимыми ювелирам: ковкостью и пластичностью.

Элемент ценен только из-за особой прочности. Сплавы, в которые добавляют совсем малые дозы самого тяжелого металла, становятся невероятно износостойкими. Обычно им покрывают узлы, подвергающиеся постоянному трению.

История открытия

1803—1804 годы стали для самого тяжелого металла поворотными: именно в это время его открытие проходило практически в условиях соревнований.

Сначала английский химик Смитсон Теннант и его ассистент Уильям Хайд Уолластон, совершившие не одно важное открытие, обнаружили в процессе эксперимента с платиновыми рудами и азотной и соляной кислотами необычный осадок с характерным запахом и поделились своей находкой с другими.

Далее эстафету перехватили французские ученые Антуан де Фуркруа и Луи-Николя Воклен и на основе предыдущих и своих собственных исследований заявили об обнаружении нового элемента. Название ему дали «птен», что значит «летучий», так как в результате опытов они получали летучий черный дым.

Однако и Теннант не спал: он продолжал свои исследования и не упускал из виду опыты французов. В итоге Смитсон добился более конкретных результатов и в официальном документе, отправленном Лондонскому королевскому обществу, указал, что разделил птен на два родственных элемента: иридий («радуга») и осмий («запах»).

Где применяют

Список сфер применения довольно обширен: авиация, военная и ракетная техника, аэрокосмическая промышленность, медицина. Хотя производители оружия уже задумываются, чем можно заменить самый тяжелый в мире металл, так как осмий слишком трудно обрабатывать.

Почти половина мировых запасов самого тяжелого металла отдана на нужды химической промышленности. Им окрашивают живые ткани под микроскопом, обеспечивая их сохранность. Кроме того, его применяют как краситель при росписи фарфора.

Изотопы самого тяжелого металла используют для изготовления тары для хранения ядерных отходов.

А еще этот элемент используется для изготовления элитных «вечных» авторучек и часов «Ролекс».

Места природного залегания

В чистом виде осмий обнаружить практически нереально. Обычно этот тяжелый элемент встречается в соединении с иридием. Вещество содержится в месторождениях платиновых руд и на месте падения или в самих попавших на Землю метеоритах.

Что тяжелее — 1 кг ваты или 1 кг железа?

Когда этот вопрос задают маленьким детям, которым еще недоступно понятие массы, они просто игнорируют тот факт, что масса объектов одинакова, и более тяжелым назначают более плотный объект. Потому что очевидно: «железо тяжелое», а «вата лёгкая».

Когда этот же вопрос задают ученикам старшей школы и людям постарше, спрашивающий пытается уличить испытуемого в том, что тот всё еще не вышел из детского возраста. Иногда это и правда так. Но часто и сами спрашивающие не отдают себе отчета в том, что, узнав в начальной школе понятие массы, они все еще не разделяют понятия массы и веса.

Так сложилось, что в быту (и в физике XIX века) масса синонимична весу. Но, вместе с тем, масса и вес — понятия разные.

  • Масса — это скалярная величина, определяющая меру инертности тела, зависящая от его плотности. В то время как вес — это сила, давящая на опору или натягивающая подвес, векторная величина. Масса измеряется в килограммах (кг). Вес измеряется в Ньютонах (Н).

Проведем мысленный эксперимент. Заменим в условии задачи вату на дерево (*) и представим взвешивание обоих объектов в какой-нибудь плотной среде. Например, в масле или в воде. Очевидно, что вес одинаковых по массе объектов будет различен, в силу того, что на объекты в разной степени будет действовать выталкивающая сила — Fa. В соответствии с законом Архимеда выталкивающая сила Fa = pgV, где p — плотность среды, кг/м3; g — ускорение свободного падения, м/с2; V — объём части тела, погружённого в среду, м3.

Г. Маззучелли, «Архимед с криком „Эврика“ бежит к царю», 1737 г. Фото: ru.wikipedia.org

(* Замена нужна, в первую очередь для наглядности, т.к. большинству людей легче представить поведение в воде дерева, чем ваты. Но это не единственная причина. Есть еще, как минимум одна, о которой речь пойдёт позже.)

Очевидно, что разной плотности объекты, обладающие одинаковой массой, будут иметь разный объем и, как следствие, разную выталкивающую силу Fa, что, в свою очередь, приведет к разному весу объектов, т.к. выталкивающая сила противоположна по направлению силе тяжести.

Закон Архимеда применим не только к жидкостям, но и к газам.

В задаче ничего не сказано о среде, в которой производится взвешивание. Но мы понимаем, что в большинстве случаев спрашивающий имеет в виду взвешивание в условиях земной атмосферы на поверхности Земли. Кто-то может сказать, что воздух недостаточно плотная среда и его влиянием можно пренебречь. Но, во-первых, в условии задачи ничего не говорится о точности взвешивания. Во-вторых, воздух является достаточно плотной средой для того, например, чтобы удерживать самолет Ан-225 «Мрия» с грузоподъёмностью более 250 тонн. Поэтому не будем его влияние преуменьшать. Но обратимся учебнику «Занимательная физика». Книга 1. Глава 5. Свойства жидкостей и газов, где Яков Перельман в главе «ТОННА ДЕРЕВА И ТОННА ЖЕЛЕЗА» всё уже за нас посчитал. (ссылка на книгу: https://allforchildren.ru/sci/perelman1−58.php)

Яков Исидорович Перельман Фото: ru.wikipedia.org

«…тонна дерева занимает гораздо больший объем, нежели тонна железа (раз в 15), … Так как тонна железа занимает объем в 1/8 куб. м, а тонна дерева — около 2 куб. м, то разность в весе вытесняемого ими воздуха должна составлять около 2,5 кг».

Таким образом, разница между 1 кг дерева и 1 кг железа составит примерно 25 граммов. Очевидно, что если вместо дерева будет вата, то эта разница возрастет. Много это или мало — решать вам.

Но значит ли это, что железо будет весить больше дерева? Голосом Майкла Стивенса из «Vsauce»: «Не-е-ет!»

Точнее, не всегда. Перельман оперирует понятием «истинный вес»:

«Каждое тело в воздухе „теряет“ из своего веса столько, сколько весит вытесненный телом объем воздуха. Дерево и железо тоже, конечно, теряют в воздухе часть своего веса. Чтобы получить истинные их веса, нужно потерю прибавить. Следовательно, истинный вес дерева в нашем случае равен 1 тонне + вес воздуха в объеме дерева; истинный вес железа равен 1 тонне + вес воздуха в объеме железа».

Речь о том, что различают истинный вес — вес тела, измеренный в вакууме, и кажущийся вес (англ. apparent weight).

Таким образом, если мы говорим именно об «истинном весе», мы должны были бы сказать:

«истинный вес того дерева, которое в воздухе весит тонну, больше истинного веса того железа, которое весит в воздухе также одну тонну» (Я. Перельман).

Тут важно понимать, что пример, который приводит Перельман — это отчасти шутка, цель которой перевернуть ситуацию таким образом, чтобы уже не вы, но задающий вопрос оказался в неудобном положении.

«Общеизвестен шуточный вопрос: что тяжелее — тонна дерева или тонна железа? Не подумавши, обыкновенно отвечают, что тонна железа тяжелее, вызывая дружный смех окружающих. Шутники, вероятно, еще громче рассмеются, если им ответят, что тонна дерева тяжелее, чем тонна железа».

В строгом смысле по законам физики этот ответ можно считать верным. Но действительно ли, задавая вопрос, что тяжелее — «N-ная масса дерева или N-ная масса железа?», мы имеем в виду их «истинный вес»? Нет. Как правило, нас как раз интересует «кажущийся вес» (apparent weight). Например, мы купаемся в море и нас интересует, что нам легче будет поднять в воде: объем массы железа или такой же объем массы дерева — это «apparent weight».

Некоторые физики и вовсе считают, что понятие «вес» в физике не является необходимым. Если вес — это сила, то достаточно просто понятия «сила», а такое понятие, как «вес», является избыточным

В.Г. Зубов. Механика. М.: Наука, 1978., § 71, с. 176: «В механике понятие веса является совершенно лишним. Но так как это слово простое, привычное, то им часто пользуются».

Не будем углубляться в терминологию. Нам достаточно того, что наш «вес» соответствует термину «apparent weight» в англоязычных источниках, а «weight» — нашей «силе тяжести».

Нам, в рамках решения нашей задачи, важно понимать следующее:

  1. Следует различать такие понятия, как «масса» и «вес».
  2. Тела одинаковой массы, но разной плотности не будут весить одинаково в плотной среде.
  3. Следует различать такие понятия, как «истинный вес» (вес в вакууме) и «кажущийся вес» (вес с учетом влияния среды).

Но если вы думаете, что здесь (наши полномочия — всё!) наши злоключения заканчиваются, то нет. Помните, когда мы меняли вату на дерево, то указали только одну причину, почему это делаем? Пришло время поговорить и о следующей.

Если в данной задаче мы используем для сравнения такие материалы как, например, пух (вата в меньшей степени, но и ваты это тоже касается), перед нами встает необходимость различать, такие понятия, как «насыпная плотность» и «плотность материала». Плотность одной пушинки и плотность горы пуха — понятия не тождественные. Вата, конечно, имеет какую-то определенную плотность. Но в обсуждении этой темы я постоянно сталкивался с размышлениями о том, до какого объема можно ужимать вату, чтобы это все еще могло называться ватой? Чтобы подобных дискуссий избежать, проще отказаться от ваты, заменив ее, например, деревом.

Но и это не всё! С железом тоже не всё однозначно. Дело в том, что если взвешивание мы проводим на Земле, то нужно учитывать, что наша планета — это огромный магнит. И магнитное поле Земли по-разному будет влиять на металл и на дерево.

Гравитационные аномалии Земли по данным проекта «GRACE» Фото: ru.wikipedia.org

Также можно, например, вспомнить о том, что ускорение свободного падения (g) — разное в разных частях планеты (разница на полюсах и экваторе может составлять 0,04 м/с²). Также можно заявить, что мы не учитываем скорость вращения Земли и центробежные силы, при этом возникающие. Не учитываем высоту над уровнем моря или геометрию взвешиваемых объектов, которая тоже может иметь значение. Лист железа можно раскатать в фольгу большой площади, а вату (или дерево) оформить в высокий цилиндр. Атмосферный столб будет воздействовать на объекты с разной геометрией по-разному. Все эти (и не только эти) факторы действительно имеют место, мы помним о них, но пренебрегаем ими, как незначительными.

Давайте на этом все-таки остановимся. Если вы дочитали до этого места — вы мой герой!

Хотелось бы отметить, что это, пожалуй, самая полная и развернутая попытка ответить на вынесенный в заголовок вопрос. Все вышеизложенные точки зрения, разумеется, есть в разных статьях и учебниках по физике и механике, но такого, чтобы кто-то попытался собрать все это в отдельную статью, я не нашел.

Представим себя на месте очередной девочки Вики, которая не может ответить на вопрос: «Что тяжелее — 1 кг ваты или 1 кг железа?»

Оказавшись на месте Вики, как нам отвечать? Да, в принципе, как угодно!

  1. Можно отвечать, что вопрос поставлен не настолько корректно, чтобы на него вообще можно было однозначно ответить. Не оговорены условия, при которых должно происходить взвешивание и точность измерений.
  2. Можем отвечать, что 1 кг железа и 1 кг ваты будут весить одинаково, т.к. влияние условий и среды настолько незначительны, что ими можно пренебречь. (Да, это не всегда справедливо. Но мы же помним, что конкретные условия взвешивания и точность измерений в вопросе не оговариваются.)
  3. Можем отвечать, что вата будет тяжелей, если речь идет об «истинном весе», и давать вопрошающим ссылку на учебник Я. Перельмана.
  4. Можем отвечать, что железо тяжелей, если речь идет о «кажущемся весе» (apparent weight), и давать ссылку, например, на эту статью.
  5. Или же можете ошарашить спрашивающего встречным вопросом: «До какого предела можно, например, ужимать вату? И если ужать вату так, что её плотность превысит плотность железа, будет ли это считаться?»

Суть, думаю, вы поняли. Любой из предложенных ответов будет правильным. Главное, чтобы вы смогли доказать — почему.

Источник https://burforum.ru/obrabotka-stali/samyj-tyazhelyj-material.html

Источник https://zpu-tmb.ru/cvetnye-metally-i-splavy/kakoj-samyj-tyazhelyj-metall.html

Источник