Дейн Динер. Не разбрызган
В преддверии Дня металлурга, который в России отмечается 21 июля, ученые Пермского политехнического университета делятся удивительными фактами о металлах. Они рассказывают, какие из них наиболее распространены, какие способны плавать на воде, где мы сталкиваемся с титаном в повседневной жизни, насколько опасен обедненный уран и что страшнее — вдохнуть пары ртути или проглотить ее шарики. Также эксперты объясняют, какой элемент невозможно встретить в природе в чистом виде.
Алюминий: чемпион по распространенности
Алюминий — безоговорочный лидер среди металлов по содержанию в земной коре, на его долю приходится более 8% ее массы. В общем рейтинге химических элементов он уступает лишь кислороду и кремнию.
— Главные козыри алюминия — легкость и малая плотность (2,7 г/см³), что почти в три раза меньше, чем у стали. Это делает его и сплавы на его основе идеальными для создания легких конструкций. Исключение составляет лишь литий, который еще легче, — поясняет Юрий Симонов, кандидат технических наук, заведующий кафедрой металлургии ПНИПУ.
Металл обладает высокой коррозионной стойкостью благодаря защитной оксидной пленке и отличной электропроводностью, уступая только меди. Эти свойства обеспечили алюминию широкое применение в авиации, электротехнике, производстве кабелей и кухонной утвари.
Титан: от имплантатов до зефира
Титан — прочный, немагнитный и биосовместимый металл, устойчивый к агрессивным средам. Именно поэтому он незаменим в медицине для изготовления имплантатов, стентов и зубных протезов.
— Керамика на основе оксида титана позволяет создавать исключительно прочные и инертные зубные коронки, которые не реагируют на пищу, — добавляет доцент Николай Углев.
Однако чаще всего мы сталкиваемся с титаном в виде диоксида — белоснежного пигмента. После сложной переработки руды это вещество становится основой для красок, пластиков, косметики и даже пищевых продуктов. Его добавляют в зубную пасту, жевательную резинку, зефир и сухое молоко для придания идеальной белизны.
Ученые также изучают уникальную способность титана поглощать водород, образуя с ним сплавы. В определенных условиях это может повысить прочность металла, но избыток водорода делает его хрупким.
Уран: источник энергии на миллиарды лет
Уран — самый известный радиоактивный элемент. Его основной изотоп, уран-238, имеет колоссальный период полураспада — 4,5 миллиарда лет.
— Радиоактивность возникает из-за сложных процессов во внутренней структуре атома. Когда возбужденные электроны возвращаются на свои уровни, вещество испускает различные виды излучения, — объясняет физик Эргаш Нуруллаев.
Человечество научилось использовать энергию, высвобождающуюся при делении ядер урана-235. Для запуска управляемой цепной реакции необходимо обогатить природный уран, увеличив концентрацию этого изотопа, и достичь критической массы. Энергия, заключенная всего в одном грамме урана, эквивалентна сжиганию 3 тонн угля.
Этот принцип лежит в основе работы как атомных электростанций, так и ядерного оружия. Разница — в контроле над реакцией. Важно понимать, что даже так называемый «свежий» или обедненный уран опасен радиацией. Его хранение требует строгих мер безопасности и специальных изолированных хранилищ.
Литий: металл, который плавает
Литий — самый легкий металл в таблице Менделеева. Его плотность (0,53 г/см³) почти в два раза меньше плотности воды, поэтому кусочек лития не утонет. Он настолько мягок, что его можно разрезать обычным ножом.
— Сплавы лития с алюминием — одни из самых легких конструкционных материалов, используемых в аэрокосмической отрасли. Но сегодня главная сфера применения лития — производство аккумуляторов. Высокий электрохимический потенциал позволяет создавать компактные и энергоемкие батареи, что делает месторождения лития стратегически важными, — отмечает Юрий Симонов.
Ртуть: опасность в парах
История использования ртути в медицине печальна и часто приводила к отравлениям. Главная опасность этого металла — в его испарениях, которые начинаются уже при +18°C.
— Попадание шариков ртути на кожу вызовет аллергическую реакцию, но не смертельно. А вот вдыхание паров крайне опасно, — предупреждает Александр Юрченко. — Проглатывание небольшого количества жидкой ртути, вопреки страхам, не фатально. Металл выведется из организма, но вызовет неприятные симптомы: тошноту, слабость, головную боль.
Галлий: безопасная альтернатива ртути
Галлий, как и ртуть, плавится при низкой температуре (около 30°C), но при этом гораздо менее токсичен. Это делает его идеальной заменой ртути в современных термометрах, где он используется в сплаве с индием и оловом.
Кроме того, сверхчистый галлий — ключевой материал для производства полупроводниковых соединений (арсенида и нитрида галлия), которые являются сердцем современной микроэлектроники, солнечных батарей, дисплеев и оптоволоконной связи.
Калий: невидимка в природе
Калий — настолько активный металл, что мгновенно вступает в реакцию с водой и воздухом. В чистом виде в природе он не встречается, только в составе соединений.
— Хранение чистого калия — сложная задача, требующая вакуумных условий. В металлургии его считают вредной примесью и удаляют из руды. Зато соединения калия жизненно важны как удобрения, повышающие устойчивость растений к болезням и стрессам, — объясняет Юрий Симонов.
Гадолиний: магнит с характером
Уникальность гадолиния в его «капризном» магнетизме. При температуре ниже +17°C он ведет себя как сильный ферромагнетик, подобно железу. Но стоит нагреть его выше этой точки Кюри, как магнитные свойства исчезают.
— Для сравнения, железо теряет магнетизм при 770°C. Соли гадолиния имеют еще более экстремальную точку Кюри, близкую к абсолютному нулю, — говорит Александр Юрченко.
Этот металл нашел применение в медицине в качестве контрастного вещества для МРТ, а также в системах магнитного охлаждения для низкотемпературных научных исследований.
[Моя] Наука Физика Металлы Уран Титан Ртуть (химический элемент) Алюминий Ученый Длинная статья 4
Больше интересных статей здесь: Новости науки и техники.
Источник статьи: Можно разрезать ножом и съесть: о необычных свойствах металлов рассказали в Пермском Политехе.