Литий как самый легкий металл

Хотя человек на примере отдельных столовых приборов неоднократно убеждался, что металлические предметы способны оказаться вовсе и не тяжелыми, все-таки металл представляется последнему в первую очередь как нечто, с трудом поддающееся разрушению под воздействием внешних сил, а оттого и по весу впечатляющее.

Однако в этой статье речь пойдет о самых легких металлах в мире: какими свойствами обладают, для чего используются и чем представляют интерес — об этом расскажет редакция 24СМИ.

Титан (Ti)

Открытый в конце XVIII столетия и сразу добавленный в периодическую таблицу Менделеева под 22-м номером химический элемент серебристого цвета с атомной массой в 47,867 а. е. м. (атомная единица массы) и плотностью в 4,5 г/см^3 отличается впечатляющей прочностью.

Также среди свойств металла, получившего статус самого твердого из используемых, выделяют отличную антикоррозионную устойчивость. Это справедливо и для сплавов, получаемых на основе титана, причем собственные прочностные характеристики последние сохраняют даже при температурах в 300 °C, что делает их незаменимыми в текущий период времени в авиации и ракетостроении.

Титан, фото http://mining-prom.ru/

Получивший название в честь титанов из древнегреческой мифологии металл входит в десятку самых распространенных в природе элементов, месторождения которого открыты на всех континентах, исключая Антарктиду. Причем Россия занимает по концентрации руд с содержанием рассматриваемого элемента второе место в мире после КНР.

Помимо уже упомянутых отраслей, титановые сплавы востребованы в кораблестроении, химической, автомобильной и оборонной промышленности, а также на пищевом производстве и в сельском хозяйстве.

Благодаря собственной инертности титан без проблем способен контактировать с тканями живых организмов, не вызывая опасных для здоровья химических реакций, а потому активно используется в медицине, начиная с протезирования и изготовления имплантатов и заканчивая созданием хирургических инструментов.

Алюминий (Al)

Алюминий относится к наиболее распространенным цветным металлам. Открытый в 1825 году и до освоения технологии промышленного изготовления стоивший дороже золота, элемент с атомным номером 13 и массой в 26,982 а. е. м. имеет плотность 2,7 г/см^3 и отличается наличием парамагнитных свойств, правда, слабых.

Хорошо проводит тепло и электричество, не поддается коррозионному воздействию, зато подвержен механическому, в том числе легко подвергается сгибанию. Сплавы на основе этого легкого металла характеризуются пластичностью, удовлетворительной прочностью и не поддаются коррозии, а также хорошо свариваются.

Алюминий, фото: https://ru.wikipedia.org/

По распространенности в мире алюминий стоит на первом месте среди металлов и на третьем среди химэлементов периодической таблицы, уступая только кислороду и кремнию. Добыча его ведется более чем в 15 странах, лидеры среди которых — Китай, Россия и Канада. Мировые запасы этого элемента в разы превышают текущую потребность в его применении.

Сфера использования алюминия и сплавов на основе этого материала обширна. Это и черная металлургия, и пиротехника, использовался даже для изготовления ювелирных украшений в тот период, когда представлял исключительную ценность из-за неотработанного техпроцесса. В Японии он применяется в таком качестве до сих пор, заменяя иногда серебро в украшениях.

О посуде и столовых приборах из этого гибкого металла знают все, а вот в качестве конструкционных материалов используют преимущественно алюминиевые сплавы, обладающие требуемыми характеристиками в плане прочности. Также алюминий добавляют в «автоматные стали» для облегчения обработки — благодаря ему достигается четкое открепление от прута детали после завершения обработки.

Бериллий (Be)

В отличие от предыдущих, этот металл, расположенный в таблице химэлементов под номером 4, отличает сероватый цвет, а также повышенная токсичность. Характеризуется хрупкостью при сравнительной твердости, превосходящей показатели алюминия и магния. Плотность — 1,8 г/см^3. Атомная масса — 9 углеродных единиц.

Открытый в конце XVIII века, в чистом виде впервые был получен только спустя 30 лет, в 1828 году. Название свое унаследовал от минерала берилла, который, в свою очередь, наименованием обязан индийскому городу Белуру, прославившемуся месторождением изумрудов — драгоценных камней, представляющих собой разновидность упомянутой породы.

Бериллий, фото: https://ru.m.wikipedia.org/

Бериллий часто встречается в составе темноцветных минералов, а также в магматических породах. Месторождения, содержащие этот металл, расположены на территории Южной Америки и Африки. На евразийском континенте также ведется добыча, преимущественно в Индии, Казахстане и России, в границах которой находятся два месторождения — в Свердловской области и в Бурятии.

Металл применяют в легировании сплавов в качестве добавки, делающей получаемые материалы более твердыми, прочными и устойчивыми к коррозии.

Слабое поглощение бериллием рентгеновского излучения позволяет применять его при создании детекторов гамма-лучей. Применяется и в ядерной энергетике в качестве замедлителя нейтронов.

Бериллиевые сплавы используют в аэрокосмической технике и для изготовления лазерных излучателей.

Также металл хорошо проводит звуковые волны, благодаря чему применяется в конструкции акустических устройств, однако из-за высокой сложности обработки для исключения негативных качеств, включая токсичность, изготовленные на его основе компоненты отличаются повышенной стоимостью. Представляет опасность для человека — накапливаясь в организме, приводит к тяжелому поражению органов дыхания, а также характеризуется выраженным канцерогенным воздействием.

Магний (Mg)

Расположенный в таблице Менделеева под 12-м номером ковкий металл с атомной массой 24,307 а. е. м. и плотностью 1,7 г/см^3 впервые был получен в чистом виде в 1808 году. Пластичен и легко поддается прессованию и резанию.

Характеризуется высокой температурой плавления (650 °C) и коррозионной стойкостью. При создании на основе магния сплавов механические характеристики металла существенно повышаются, что сильно расширяет область применения такого рода материалов.

Магний, фото: https://infonew.do.am/

Элемент входит в список наиболее распространенных на Земле и встречается как в коре, так и в морской воде, как правило, в составе солей и минералов. Природные месторождения самородного магния чрезвычайно редки — пара таких расположены на территории России, в Восточной Сибири, и Таджикистана. Лидером по производству магния на 2020-й считаются США.

Главным образом применяется для получения всевозможных сплавов, как легких, так и сверхлегких, сфера использования которых — это самолето- и автомобилестроение. Также благодаря горючим свойствам применяется в пиротехнике и при создании зажигательных и осветительных ракет в оборонной промышленности.

Без магниевого порошка с добавками окислителей прежде невозможной была бы фотография — хотя в сравнении с прошлым магниевые вспышки используются намного реже, спрос на них по-прежнему сохраняется.

Также магний относится к веществам, важным для нормальной жизнедеятельности организма и протекания обменных процессов, так что препараты на его основе применяются в медицине — в кардиологии, неврологии и при борьбе с гастроэнтерологическими расстройствами.

Литий (Li)

Вот и дошло дело до элемента, который является самым легким в мире металлом.

Плотность лития, расположенного в периодической таблице на месте под цифрой 3, равна всего 0,5 г/см^3, что меньше этого показателя у воды, так что чистый литий не тонет.

Атомная масса элемента колеблется от 6,398 до 6,997 а. е. м. в зависимости от изотопа. Открыт в 1817-м, а в металлическом виде получен спустя всего год.

Характеризуется повышенной химической активностью и потому в природе легко образует сложносоставные соединения. Пластичен, хорошо обрабатывается прокаткой и прессом. Цвет — серебристый. При комнатной температуре с кислородом реагирует слабо. Воспламенение происходит при 300 °C.

Литий, фото: https://ru.m.wikipedia.org/

В природе встречается в породообразующих минералах и в отложениях озер с сильным содержанием солей. Среди разрабатываемых месторождений наиболее известны чилийские, австралийские и аргентинские, хотя встречаются таковые и на территории других стран, в том числе Китая.

В России главное скопление пород с содержанием лития — в Мурманской области.

В стране с 2017 года работает в формате эксперимента установка по добыче металла из руд с низким содержанием элемента, благодаря которой процедура возможна при незначительных финансовых и трудовых затратах.

Соли лития используются при создании лазерного оборудования и оптики, в качестве окислителей и восстановителей в химпроме, а также в медицине и различных отраслях промышленности, включая текстильную (как отбеливатели), пищевую (как консерванты) и косметическую. Литиевые сплавы применяются для изготовления высокоэффективных проводников, в том числе анодов, необходимых для электролиза.

Элемент применяется также при создании аккумуляторов, в том числе и щелочных, а не только твердотельных. В малых количествах литий потребен человеческому организму, поскольку участвует в обмене веществ, а также влияет на психоэмоциональную возбудимость и иммунную защиту.

Самые легкие металлы в мире | Рейтинги

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

Литий – самый легкий в природе металл

Литий

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

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

Алюминий – идеальное сочетание прочности и легкости

Плита алюминиевая

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

Микролаттис – легчайший искусственный металл

микролаттис металл

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

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

Рейтинг самых твердых металлов найдете на это странице.

Система комментирования SigComments

Самый легкий металл

 Naked-Science.ruNaked-Science.ru

По этой же причине металлический литий редко применяется человеком. На его долю приходится всего 5% мирового потребления. Во всех остальных сферах человеческой деятельности применяются его соединения, в первую очередь карбонат (Li2CO3), соль угольной кислоты, внешне напоминающая привычную нам поваренную, но гораздо хуже растворяющаяся в воде. Говоря далее о мировом производстве и потреблении, мы будем иметь в виду именно карбонат и (понемногу) другие соединения — гидроксид, хлорид и пр.

Чистый металлический литий. / cloudfront.net

В 2017 году мировое производство составит около 188 тыс. тонн. К 2035 году оно вырастет в несколько раз и, вероятно, будет находиться где-то в интервале от 1200 тыс. тонн до 600 тыс. тонн.

Традиционная область применения лития, сложившаяся в XIX–XX веках, — производство стекла и керамики. Добавление щелочных металлов в состав шихты уменьшает ее термическое расширение и улучшает показатель преломления, а самое главное, понижает температуру плавления.

Чистое кварцевое стекло начинает размягчаться при 1400 градусов, добавки позволяют снизить эту грань примерно на две-три сотни градусов, что означает очень неплохую экономию энергии.

Речь идет об очень небольших количествах (лития там около 0,1–0,4%), но, с учетом общего объема, выходит немало. Стекольное и подобные производства — керамика, фарфор и другие — занимают суммарно около 27% мирового потребления.

Кроме этого, соединения лития используются в фармакологии, а чистый литий — в атомной энергетике в качестве теплоносителя.

Производство стеклотары. / borfi.ru

Первое же место по скорости роста с большим отрывом держит производство элементов питания — сейчас это почти треть.

Надо сказать, что так было не всегда. Первые литий-ионные аккумуляторы были выпущены компанией SONY в 1991 году. Конструкция быстро полюбилась производителям и потребителям за высокую энергоемкость и неприхотливость, что привело к быстрому росту спроса и, соответственно, производства. Следствием этого стал быстрый рост добычи лития.

Мировое потребление лития. / tesla-club.ru

Обратим внимание на эти данные, они важны. До 1991 года, т. е. всего четверть века назад, рынка литийсодержащих элементов питания не было. Сейчас его доля в мировом потреблении превышает тридцать процентов. Иными словами, потребление лития за это время выросло почти в полтора раза только за счет нового применения. И то ли еще будет.

«Чтобы производить 500 000 автомобилей в год, нам придется закупать весь литий в мире», — заявил Илон Маск на презентации Model 3 в конце марта 2016 года.

В аккумуляторной батарее современного электромобиля содержится примерно в сто раз больше лития, чем в среднем ноутбуке, и в десять тысяч раз больше, чем в смартфоне. А выпуск электромобилей растет.

Одна только Tesla в 2018 году намерена продать полмиллиона машин, а в 2020 г. – уже 1 млн.

Это больше, чем в приведенной выше цитате, что заставляет предполагать, что Маск эпатировал публику, но даже в этом случае проблема налицо.

Tesla Model 3. / motoringresearch.com

Tesla — не единственный претендент на большой куш. Электромобили начинают производить самые разные компании по всему миру, вовремя уловившие аромат больших перемен.

В ногу с ними идут правительства развитых стран мира. В 2025 году продажа автомобилей с двигателями внутреннего сгорания будет запрещена в Норвегии, в 2030 году — в Германии.

В 2040 году около 35% «самобеглых повозок», проданных землянам, будет электромобилями.

Чистая атмосфера означает, что производство электромобилей будет расти. А значит, будет расти и потребление лития. Современные технологии пока не обещают нам хороших аккумуляторов на базе других элементов таблицы Менделеева.

В земной коре литий встречается во множестве разновидностей и, соответственно, добывать его можно множеством разных способов. Из руд наиболее значимым является сподумен — силикат с алюминием, LiAl(Si2O6), наиболее применимый в стеклянном производстве, а также в изготовлении металлического лития.

Еще одной, несколько неожиданной, сферой его применения является ювелирное дело. Минерал иногда образует кристаллы, цвет которых (от абсолютно прозрачного до густо-зеленого или пурпурного) зависит от содержания примесей других (отличных от алюминия и лития) металлов.

Эти кристаллы могут иногда достигать метровой и даже большей величины.

Кристалл сподумена. / free-photos.biz

Кроме этого, литий можно добывать из слюды, гранитов, руд других металлов и отвалов их производства, пластовых вод и даже просто из морской воды — его содержание в ней составляет 0,17 мг/л. Разумеется, его можно добывать из бытового мусора — в нем немало литиевых батареек. Вопрос лишь в цене этого процесса, да и всех остальных тоже.

Наиболее экономически выгодной на сегодняшний день является добыча карбоната лития из пересохших соленых озер.

Много километров сухой соли под ногами, безоблачное небо над головой и горы где-то далеко впереди. Так сегодня выглядит озеро Уюни на востоке Боливии. Когда-то здесь был настоящий большой водоем, который потихоньку высыхал и дробился на части. Сейчас здесь ничего не растет и никто не живет. Пустыня. В год здесь выпадает несколько миллиметров осадков.

Панорама солончака Уюни. / awayfarers.files.wordpress.com

Поверхность солончака хорошо отражает свет, она абсолютно горизонтальна, над ней почти всегда чистое небо, а ее местонахождение известно с точностью до миллиметра. Поэтому немудрено, что Уюни — одна из излюбленных мишеней, помогающих специалистам поверять приборы спутников.

А еще это — самое большое в мире месторождение лития. Концентрированный рассол, в котором много полезных для человека элементов и литий в том числе, залегает прямо под ногами, под коркой засохшей соли.

Практически его местонахождение описывается словами «на поверхности». Концентрация солей лития в рассоле доходит до 0,3%, а всего здесь покоится около 10 миллиардов тонн.

Боливия — мировой чемпион по запасам лития.

Выпаривание рассола (рапы). / fthmb.tqn.com

Сегодня из этого богатства добывается около 25 тыс. тонн. Боливийское правительство не торопится привечать иностранных инвесторов, полагая, что добыча столь ценного ресурса должна находиться в государственных руках. Время покажет, правилен ли такой подход, а пока нам следует иметь в виду, что Уюни — не единственный солончак на планете.

По другую сторону границы, в Чили, сходных по устройству бывших водоемов около десятка. Ни один из них не дотягивает по запасам до Уюни, но зато здесь рады возможности добывать и продавать ресурсы уже сейчас.

Под это ищут инвесторов и расширяют производство. Да и морские порты здесь поближе. Время покажет, насколько правилен такой подход, а сегодня Чили — мировой чемпион по добыче лития. Около 43% от мирового объема.

Похожие солончаки есть и в Аргентине, и там тоже добывают литий.

Примерно такие же озера есть и Китае, точнее, в высокогорьях Тибета. Наиболее известно озеро Чабьер-Цака. Соленый водоем площадью немногим более 240 км2 пока еще не высох, его глубина местами достигает двух метров, но концентрация солей в нем уже вполне достаточна для их промышленного извлечения, которое и происходит, давая Китаю почетное второе место в списке производителей лития.

Наверное, если хорошо поискать, то на Земле найдутся и другие пересыхающие соленые водоемы. Нам сейчас важно, что добыча редких элементов, включая литий, из них на сегодня гораздо дешевле, чем более традиционные способы, связанные с различными рудами.

Рассол не надо копать, а затем обогащать, вполне достаточно зачерпнуть его и перелить в небольшой бассейн. Солнце и сухой воздух сделают все остальное. Это, конечно, лишь начало пути. Карбонат лития, используемый в аккумуляторе вашего смартфона, имеет не больше 0.

5% примесей, скорее — меньше, но и на этом участке можно сэкономить.

За последний год цена на карбонат лития выросла вдвое, достигнув $10 тыс. за тонну. По прогнозам экспертов, исчерпание столь дорогого металла нам не грозит, он слишком распространен на Земле. Это, очевидно, означает, что рост цен повлечет за собой вложение денег в добычу и ее наращивание.

По прогнозу британской консалтинговой компании CRU, нынешний дефицит уже в 2018 г. сойдет на нет, а в дальнейшем поставки будут опережать спрос. Избыток предложения достигнет пика в 2022 г, когда его размер составит порядка 25% от мирового потребления.

Динамика цен на карбонат лития. / smedata.sk

В частности, крупные литиевые проекты к концу текущего десятилетия будут реализованы на западе и в центральной части Китая. Примерно тогда же ожидается ввод в строй новых мощностей в других странах.

После этого, то есть к 2020 году, предложение лития на мировом рынке может достичь 500 тыс. тонн, что примерно в 2,5 раза больше, чем в 2016 г.

Средняя себестоимость соединений лития в 2020 году скорее всего составит около $6,5–7 тыс. за тонну.

Какой металл самый легкий? Его свойства и особенности :: SYL.ru

В нашей сегодняшней статье мы расскажем читателям о самых легких металлах в мире, сплавах на их основе, и о том, какие возможности открывает человеку их применение.

Представьте себе картину: на покрытый пухом одуванчик положен кусочек металлической сетки, при этом воздушное «оперение» цветка даже не деформируется.

Это не выдумка и не фантастика, это научная разработка Калифорнийского университета – сверхлегкий сплав под названием микролаттис. Этот материал обладает уникальной для своего веса прочностью. Все дело в особой конструкции.

Микролаттис представляет собой сплетение полых трубочек, толщина которых не превышает тысячной доли человеческого волоса. Каждая из этих трубочек – это фосфорно-никелевый сплав, нанесенный на полимерную основу. То есть по сути микролаттис в прямом смысле соткан из воздуха.

Благодаря своей легкости и прочности он может применяться в качестве тепло- и звукоизоляционного материала, в роли наполнителя для ударозащитных деталей в автомобиле- и авиастроении.

Самые легкие металлы в мире

Лёгкими называют металлы, которые обладают небольшой плотностью. Это отнюдь не редкое явление. Вещества с такими характеристиками составляют примерно 20 % от массы земной коры. Они активно добываются и широко применяются в промышленности.

Самым лёгким металлом является литий. Кроме наименьшей атомной массы, он обладает и наименьшей плотностью, которая в два раза ниже, чем у воды. После лития идут калий, натрий, алюминий, рубидий, цезий, стронций и т. д. В их число входит и титан, который обладает самой высокой прочностью среди металлов.

Легкостью и прочностью обладает также алюминий. В земной коре он третий по распространённости. Пока люди не научились получать его промышленным путём, металл был дороже золота. Сейчас килограмм алюминия можно купить примерно за 2 доллара. Его применяют как в ракетной технике и военной промышленности, так и для изготовления пищевой фольги и кухонных предметов.

  Как сделать самодельное точило

Литий

Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C. Закипит он только при 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.

Реакции с литием

Учитывая его щелочную природу, можно предположить, что он очень активен. Однако металл является самым спокойным представителем своей группы. При нормальной комнатной температуре литий слабо реагирует с кислородом и многими другими веществами. Свой «бурный нрав» он проявляет после нагревания, тогда он вступает в реакцию с кислотами, различными газами и основаниями.

В отличие от других щелочных металлов с водой он реагирует мягко, образуя гидроксид и водород. С сухим воздухом реакции практически нет. Но если он влажный, то литий медленно реагирует с его газами, образуя нитрид, карбонат и гидроксид.

При определённых температурах самый легкий металл активен с аммиаком, этиловым спиртом, галогенами, водородом, углеродом, кремнием, серой.

Список «невесомых» металлов

Тяжесть зависит от плотности и размеров атомов. Чем меньше первый показатель и чем больше второй – тем химический элемент легче. Не нужно быть великим химиком, чтобы выстроить претендентов в структурированный список. Намного интереснее узнать, какие полезные свойства имеют такие металлы и, какое применение находят в жизнедеятельности человека.

Литий

Литий является самым легким щелочным металлом. Если сравнивать молекулярные массы Li и H2O, то оказывается, что металл легче воды в два раза. Нередко возникает вопрос, где хранить этот ценнейший элемент, ведь он легко вступает в реакцию с кислородом, окисляясь. Для этого специалисты используют парафин или петролейный эфир.

Удивительно, но литий в чистом виде напоминает консистенцию масла, поэтому легко режется обычным кухонным ножом.

Изначально металл выводили из петалитана. Позже, в 1824 году химики начали синтезировать литий в лабораторных условиях. Сложность добычи заключается в том, что содержание Li в горных породах равно 21 грамму на 1 тонну.

Применение в чистом виде лития практически невозможно. А все потому, что он активно взаимодействует с окружающей средой. Чаще его используют в виде сплавов с другими элементами.

В производстве такие химические соединения принимают участие в создании оптических приборов, оружия, пиротехники. Благодаря свойствам окисления, Li используется при изготовлении лекарств, текстиля.

Невозможно представить себе и электрические приборы без этого металла. А недавно его полезные свойства оценила авиакосмическая промышленность.

Недостаток лития пагубно сказывается на работе ЦНС. Принимать лекарственные средства с содержанием этого биологически полезного компонента рекомендовано людям с болезнью Альцгеймера и другими расстройствами психики.

Калий

Второе место по молекулярной массе занимает 19 элемент в периодической таблице Менделеева. Так же как и Литий, он не встречается в виде самородков, ввиду повышенной активности, поэтому калий выводят из минералов.

Он очень мягок, имеет серебристую окраску, а при горении наблюдается пламя фиолетового цвета. Калий взаимодействует с кислородом, кислотами, водой.

Нередко даже случаются взрывы, поэтому работа с этим опасным металлом требует повышенного внимания и использования защитных средств. Если частицы калия попадут на кожу, то вызовут сильнейший химический ожог.

Хранить его следует в герметичных емкостях, с добавлением веществ, препятствующих попаданию кислорода. Это может быть силикон, минеральное масло.

Полученный из горных пород калий в чистом виде используют:

  Монтажная Пила По Металлу Своими Руками

• Для изготовления электродов;
• В лампах, фотоэлементах.

В виде сплавов же калий находит применение:

• При синтезировании супероксида;
• В работах по установлению возраста горных пород;
• В качестве индикатора в биологии и медицине;
• Как теплоноситель в реакторах.

Наибольшую востребованность в различного вида сплавах калий получил именно в медицине. Значительная часть лекарственных препаратов, так или иначе, синтезируется на основе этого металла.

Например, йодистый К, бромид К, хлористый К.

Кроме того, он является основой витаминизированных комплексов, направленных на поддержку состояния сердечно-сосудистой системы и кислотно-щелочного баланса в организме.

Натрий

Это неорганическое вещество так же является щелочным и не встречается в природе в чистом виде. Содержится в минералах: бура, тенардит, галит и другие. В лабораторных условиях натрий получают с помощью расплава поваренной соли. Причем в результате такого промышленного способа синтезируется и хлор.

Как и литий с калием, металл бурно реагирует на кислород, кислоты, углекислый газ, спирты. Может самовоспламеняться, если его смешать с фтором или хлором. При добавлении воды случается небольшой взрыв и образование едкого натрия.

По внешнему виду сильно напоминает калий. Имеет серебристый цвет, правда на открытом воздухе моментально тускнеет. Из полезных характеристик для промышленности отмечают отличную проводимость тока и тепла.

Натрий может похвастаться самой большой разницей между температурами кипения и плавления. Так, первый процесс происходит при +883 °С, а второй при +98 °С. Этим свойством обусловлено применение натрия в атомных реакторах, поскольку он выдерживает критические температуры.

В жизнедеятельности человеческого организма Na необходим для нормального обмена веществ. Недостаток полезного элемента приводит к невралгии, проблемам с ЖКТ. А вот переизбыток сулит повышенное давление и отеки.

Алюминий

Самый прочный металл среди легких и цветных – алюминий. Этот элемент отождествляет золотую середину, когда требуется не только невесомый материал, но и устойчивый к различного рода воздействиям.

Детская погремушка — первое изделие из алюминия.

Это один из немногих химических элементов, который принимает непосредственное участие в производстве всего, что составляет современный быт.

Самый популярный в мире металл получил звание полезнейшего в XX веке. Хотя, в XXI мало что поменялось.

Алюминиевые сплавы (более твердые, чем чистый металл) используют в строительстве, изготовлении столовых приборов, инструментов, мебели и многого другого.

Искусственный металл

В 2015 году калифорнийские ученые создали микролаттис. На сегодня это самый легкий металл на Земле, он состоит из воздуха на 99,99%.

Однако элемент обладает уникальной прочностью, ввиду особой конструкции. Это сплетение трубочек, каждая из которых по размерам равна 0,001 человеческого волоса.

Удивительные свойства микролаттиса пока только начинают полноценно использовать в промышленности.

Сплавы лития

Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.

Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.

Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.

Алюминий

Если же брать самый крепкий и легкий металл, то им принято считать алюминий. Его плотность составляет 2,7 грамм на сантиметр кубический.

Этот металл достаточно распространен в природе и получил широкое применение в промышленности. Многие сплавы алюминия прочнее стали и при этом гораздо легче нее.

Уже сейчас использование алюминиевых конструкций в строительной сфере вышло на новый уровень.

  Редуктор для трубогиба профильной трубы своими руками

К тому же этот элемент гораздо более стойко переносит воздействие коррозии и не требует для этого дополнительной закалки. Алюминий входит в состав авиационных сплавов, из которых изготавливают обшивку самолетов. Некоторые ученые предполагают, что в будущем его сплавы смогут полностью вытеснить сталь.

К тому же не прекращаются опыты по выделению новых элементов, сочетающих в себе положительные черты существующих веществ, но лишенные их природных недостатков. Так что возможно вскоре будет открыт новый самый легкий и прочный металл, который заявит о себе во всеуслышание.

Нахождение в природе и значение

Самый легкий металл имеет около 30 собственных минералов, но только 5 из них используются в промышленности: пенталит, амблигонит, лепидолит, циннвальдит и сподумен. Кроме того, находится он в солёных озёрах. Всего в земной коре содержится 0,005 % этого металла.

Большие промышленные запасы лития находятся на всех континентах. Его добывают в Бразилии, Австралии, ЮАР, Канаде, США и других странах. После чего применяют его в электронике, металлургии, лазерных материалах, ядерной энергетике и даже медицине.

Большое содержание лития есть в гумусах, что говорит о его участии в круговороте природных веществ. Металл присутствует в организме животных, а также во многих растениях. Литием богаты персики, грибы, редис, картофель, морковь.

В нашем организме он содержится в печени, крови, лёгких, костях и других органов. Недостаток лития приводит к нарушениям в работе нервной системы и мозга. Он повышает устойчивость организма к болезням, активизирует деятельность ферментов. С помощью него борются с болезнью Альцгеймера, психическими расстройствами, склерозом, а также различными зависимостями.

Применение

Литий и его соединения используют:

1. В производстве аккумуляторов и батарей.
2. В качестве лигатуры в сплавах.
3. В ядерной энергетике, радиоэлектронике.
4. В медицине (соединения лития используют в лечении подагры, как психотропные, антидепрессанты).
5. В пиротехнике (LiNO3 даст фейерверку красный цвет).

• Рекомендуем: ВИСМУТ — радиоактивный и безопасный
• Познавательно: добавление LiOH к электролиту в аккумуляторах на 20% увеличивает их емкость, и в 2-3 раза срок службы.
• Мировое применение легкого металла распределяется так:

• 56% производство батарей и аккумуляторов;
• 23% керамика и стекло;
• 6% консистентные смазки;
• 2% воздухоочистка;
• 13% прочие.

Интересно: очистка воздуха на подлодках и в космических кораблях происходит с помощью соединений лития (LiBr, LiCl, LiOH).

Плюсы и минусы литиевых батарей

Лёгкие металлы: список, свойства, особенности и сферы применения

В настоящее время такое понятие, как «легкие металлы», отсутствует в номенклатуре ИЮПАК. Таковыми принято называть металлы, имеющие небольшую плотность (как правило до 4,5 г/см3) или вес.

Стоит отметить, что в настоящее время существуют такие металлы, которые легко держатся на воде, а некоторые из них имеют вес, в разы меньший пенопласта, но при этом все равно остаются достаточно прочными.

Группа легких металлов, как правило, включает в себя следующие: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Кроме этого, к данной группе металлов часто также добавляют галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Наиболее важными металлами данной группы с точки зрения технического применения являются алюминий, магний, титан, бериллий. Именно данные металлы служат в качестве основы сплавов. Алюминиевые сплавы являются наиболее значимой и распространенной группой, однако, не смотря на это, для специфического применения также предлагаются и материалы из титана и бериллия.

Что представляют собой

В номенклатуре IUPAC – уважаемой в мире международной организации, курирующей теорию и практику в сфере химии, термин «легкие металлы» отсутствует.

Неофициально к легким металлам относятся вещества с плотностью менее 5 граммов на кубический сантиметр.

Разные списки включают пять – десять позиций.

Самое распространенное деление – по используемости:

• На этом основании выделяют пять главных: алюминий, бериллий, магний, титан, литий.
• Их дополняет «экзотика»: галлий, индий, висмут, таллий, кадмий.

Вторая группа причисляется к редким металлам.

Редкими эти элементы названы потому, что на практике используются недавно и не так широко, как традиционные материалы.

Литий

Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C. Закипит он только при 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.

Классификация

Каждый представитель «легкой» группы относится еще к какому-нибудь сообществу.

Основанием становится не плотность, а другие физико-химические характеристики:

• Щелочные элементы – литий.
• Щелочноземельные – бериллий, магний.
• Цветные металлы – алюминий, титан, магний.
• Легкоплавкие – висмут, галлий, кадмий, таллий, индий.
• Тугоплавкие – титан, магний.

Каждый химический элемент наделен специфическими свойствами, присущими своей группе.

Сплавы лития

Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.

Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.

Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.

Как представлены в природе

На легкий металлический сегмент приходится пятая часть литосферы (по массе).

  Какая сталь обыкновенного качества относится к кипящей?

Чаще они входят в состав руды либо минерала. Особенно химически сверхактивные элементы, например, литий. Этот самый легкий металл в природе представлен собственными минералами – лепидолитовой слюдой и сподуменом.

Сподумен

Особенности сдачи легких сплавов

В настоящее время физические и юридические лица имеют возможность получить прибыль от сдачи цветмета в специализированные пункты приема. Стоимость лома определяется рядом факторов, среди которых качество материала, чистота его химического состава, категория и прочие параметры. Также имеют значение актуальные расценки на рынке, тарифы конкретной принимающей компании.

Формальная сторона вопроса сдачи любого лома, в том числе легких цветных металлов, имеет свою специфику. Право на такое мероприятие есть у каждого, но реализуется оно по-разному.

Например, если сдача цветмета производится юридическим лицом – организацией, предприятием или представителем малого бизнеса (ИП), – то потребуется специальная лицензия.

На физических лиц данное требование не распространяется, однако следует учитывать несколько правил:

• к приемке допускается только собственный лом (при наличии документов, подтверждающих право на владение);
• подлежащий сдаче цветмет должен входить в реестр материалов, принимаемых без лицензии;
• сдача лома нелегальным пунктам приема может иметь весьма неприятные последствия в соответствии с действующим законодательством.

Помимо сугубо меркантильного интереса сдача цветных металлов привлекательна с точки зрения экологии, сохранения запасов природных ресурсов. Переработанный лом снова идет на изготовление необходимой продукции, причем производство из вторсырья оказывается дешевле, чем при использовании руды.

С учетом того, что потребность промышленности в ломе неуклонно растет, тогда как природные запасы сырья стремительно сокращаются, замкнутый производственный цикл является наиболее рациональным.

Таким образом, каждый, кто сдает сдает лом цветмета, не только повышает собственное благосостояние, но и действует во благо общества в целом.

Способы получения

Технологию выплавки легких металлов отработали к середине 19 века.

Для их получения в металлургии используется три способа:

1. Электролиз расплава солей. То есть аккумуляция на электродах компонентов растворенных либо других веществ. Реакцию запускает электрический ток, пропускаемый через раствор либо расплав электролита.
2. Металлотермия. Восстановление из их соединений другими, более активными металлами. Процесс проходит при повышенных температурах.
3. Электротермия. Материал нагревается, затем расплавляется теплом, полученным из электрического тока.

Производство легких элементов – весьма энергоемкий процесс. Поэтому металлургические комбинаты располагают поближе к источникам энергии.

В отличие от тяжелых металлов: их базовые предприятия привязывают к месторождению.

Ценностью легких, особенно цветных металлов, обусловлен второй способ получения – переработка лома.

Свойства легких металлов

Алюминий

Алюминий является металлом, идеально сочетающим в своих характеристиках легкость и прочность. Его первооткрывателем является датский физик Ганс Эрстед, который в 1825 году восстановил хлорид алюминия амальгамой калия при воздействии высоких температур, в результате чего и выделил данный металл.

Имеет характерный серебристо-белый окрас. Плотность металла составляет 2712 кг/м3. Плавится при температуре: 6580С (для технического алюминий) и 6600С (для алюминия высокой чистоты).

Удельная теплота плавления алюминия – 390 кДж/кг. Закипает при температуре 2515,80С. Имеет удельную теплоемкость 897Дж/кг*К.

Обладает достаточно высокой пластичностью, которая составляет 35% у технического алюминия и 50% у чистого металла.

Первым изделием, для изготовления которого был применен алюминий, стала детская погремушка. Однако, с тех далеких времен, алюминий стал достаточно распространенным материалом.

В настоящее время он нашел свое широкое применение во многих сферах человеческой деятельности.

Однако, наибольший процент потребления данного металла приходится на упаковочную промышленность, особенно для банок с напитками.

Также следует отметить, что алюминий активно применяется наряду со сталью и в машиностроении. В настоящее время существует огромное множество алюминиевых сплавов, которые отвечают огромному количеству определенных и необходимых требований.

Среди данных сплавов можно выделить две основные группы – литейные и деформируемые. Сплавы из каждой группы также можно разделить на те, которые способны дисперсионно твердеть и те, которые не способны.

Чтобы материал сделать более прочным применяются:

• наклеп;
• легирование;
• дисперсионное твердение (старение).

Для того, чтобы получить оптимальные характеристики стареющих сплавов, их необходимо подвергнуть измельчению. В связи с этим, для дисперсионного старения деформируемых сплавов используется термообработка. Ее также могут применять с целью повышения прочности.

  Сварка порогов автомобиля: обзор способов и оборудования

Среди наиболее важных литейных сплавов стоит выделить Al-Si, которые образуют эвтектическую систему с эвтектической точкой при 11,7% Si и 5770С. Сплавы, имеющие в своем составе содержание Si в пределах 11-13% называют близкими к эвтектическим.

Кроме этого, они также известны как силуминовое литье. Стоит отметить, что если охлаждение сплава с содержанием Si 13% осуществляется медленно, то первично выделяющийся твердый раствор Si образует крупные, угловатые, игольчатые кристаллы, что, в свою очередь, чревато ярко выраженной хрупкостью подобных сплавов.

Одним словом, такая структура является крайне неблагоприятной. Для того, чтобы подобного не происходило, применяют облагораживание металлов – т.е. добавляют в плавку 0,1% Na. При этом происходит очищение кристаллов кремния, а также их округление и, в конечном итоге, образование тонкодиспергированной эвтектики.

Благодаря подмешиванию в сплав натрия происходит снижение эвтектической температуры до 5640С.

Если же сплав охлаждается за относительно короткий промежуток времени, что происходит в кокильном литье, то происходит действие, подобное облагораживанию металлов – сдвиг эвтектической точки при помощи переохлаждения. В результате происходит образование достаточно чистой эвтектической структуры, что избавляет от необходимости облагораживания металлов путем добавления в них натрия.

Деформируемые сплавы имеют в своем составе значительно меньшее количество легирующих элементов и примесей, в отличие от литейных сплавов. Деформируемые сплавы, обычно, отвечают более высоким требованиям.

В связи с этим, для их выплавки применяется металлургический алюминий. К нестареющим деформированным сплавам относятся AlMg-сплавы. Они отличаются своей высокой твердостью и прочностью по причине легирования.

Данные свойства сохраняются даже при отжиге и сварке.

К высокопрочным сплавам нового поколения относятся Al-Li- сплавы.

Титан

Представляет собой легкий тугоплавкий металл с характерным серебристо-белым цветом. Отличается своей высокой устойчивостью к коррозии. Данным свойством он обязан стабильному пассивированному оксидному слою, который образуется за достаточно короткий промежуток времени при слабых средствах окисления.

Для титановых сплавов характерна высокая жаропрочность, которая может достигать 1200 – 1400Н/мм2. Именно титановые сплавы занимают ячейку между алюминиевыми сплавами и жаропрочными сталями, поскольку могут применятся до температуры 5000С, а также до 10000С при непродолжительном использовании.

Титановый сплав используется для изготовления деталей, которые подвергаются сильной нагрузке, с целью их облегчения. Например, шатуны для высокомощных двигателей изготавливаются именно из титановых сплавов. Это связано с тем, что данный материал обладает идеальным соотношением прочности на разрыв к плотности Rm/p.

Однако, для титановых сплавов характерна достаточно высокая стоимость, что препятствует их широкому применению, в отличие от Al-сплавов.

Титану, как и железу, присуще аллотропное превращение. Титан сохраняет свою гексагональную структуру до температуры 8820С.

Среди наиболее важных легирующих элементов, которыми обогащаются технические титановые сплавы, следует назвать ванадий, олово, молибден, цирконий, ниобий, а также хром и алюминий.

Титан (Ti)

Открытый в конце XVIII столетия и сразу добавленный в периодическую таблицу Менделеева под 22-м номером химический элемент серебристого цвета с атомной массой в 47,867 а. е. м. (атомная единица массы) и плотностью в 4,5 г/см^3 отличается впечатляющей прочностью.

Также среди свойств металла, получившего статус самого твердого из используемых, выделяют отличную антикоррозионную устойчивость. Это справедливо и для сплавов, получаемых на основе титана, причем собственные прочностные характеристики последние сохраняют даже при температурах в 300 °C, что делает их незаменимыми в текущий период времени в авиации и ракетостроении.

Титан, фото https://mining-prom.ru/

Получивший название в честь титанов из древнегреческой мифологии металл входит в десятку самых распространенных в природе элементов, месторождения которого открыты на всех континентах, исключая Антарктиду. Причем Россия занимает по концентрации руд с содержанием рассматриваемого элемента второе место в мире после КНР.

Помимо уже упомянутых отраслей, титановые сплавы востребованы в кораблестроении, химической, автомобильной и оборонной промышленности, а также на пищевом производстве и в сельском хозяйстве.

Благодаря собственной инертности титан без проблем способен контактировать с тканями живых организмов, не вызывая опасных для здоровья химических реакций, а потому активно используется в медицине, начиная с протезирования и изготовления имплантатов и заканчивая созданием хирургических инструментов.