Есть ли металлы легче алюминия?
Легкие металлы сосредоточены в главных подгруппах первых четырех групп периодической системы элементов. Названием они обязаны тому, что их плотность, как правило, ниже 5 т/м 3 .
Развитие производства полимерных и композиционных материалов отнюдь не отодвигает легкие металлы на второй план. Объем их производства продолжает расти, особенно это относится к алюминию и его сплавам. Но есть и «более другие» легкие металлы и сплавы.
Самые легкие — все щелочные металлы: литий, натрий, калий, рубидий, цезий и франций. Но в промышленности из них в качестве легкого материала применяют только литий, да и то в сплавах.
Литий — самый легкий из металлов, он почти вдвое легче воды. Но, к сожалению, в чистом виде применить его в качестве конструкционного материала невозможно — он слишком активен, вступает во взаимодействие и с водой, и с воздухом. А вот в сплавах, например, с алюминием, — пожалуйста.
Современные алюмо-литиевые сплавы по многим параметрам превосходят традиционные сплавы, и в ряде случаев конкурируют с пластмассами, упрочненными волокнами. Необходимую вязкость таких сплавов обеспечивают введением в них легирующих элементов — марганца, циркония и меди, соответствующей технологией изготовления материала, приводящей к образованию мелкозернистой структуры, а также применением термомеханической обработки, влияющей на равномерность выделения дисперсных фаз.
Благодаря этому достигают необходимой комбинации прочности и вязкости, что при малой плотности и высокой жесткости позволяет рассматривать алюмо-литиевые сплавы как наиболее перспективный материал для легких конструкций.
Алюмо-литиевые сплавы интересны для авиакосмической промышленности. Это вызвано тем, что добавка лития одновременно повышает модуль упругости и понижает плотность сплава, тем самым способствуя уменьшению массы конструкций.
Из щелочноземельных металлов в конструкционных материалах используют только магний и бериллий. Кальций и стронций, несмотря на то, что они легче алюминия, практически не используют.
Сплавы магния многочисленны и делятся на две группы: литейные и деформируемые.
Благодаря низкой плотности и высокой удельной прочности их используют в авиакосмической технике в качестве конструкционных материалов. Магний придает им легкость — магниевые сплавы на треть легче алюминия.
Около пятой части выплавляемого магния используют в автомобилестроении.
Магний предпочтителен и при изготовлении композитов с металлической матрицей. Расплавленный алюминий, например, реагирует с армирующими волокнами карбида кремния, образуя карбид алюминия. Магний в отношении этих волокон инертен.
Бериллий одновременно относится и к легким, и к редким металлам, а следовательно, и к дорогим. Но основной недостаток этого металла, препятствующий его применению в технике, — высокая токсичность.
Еще один отрицательный фактор — хрупкость бериллия. Однако плюсов у него значительно больше.
Бериллий — один из наиболее легких металлов. Он в 1,5 раза легче алюминия и в 4 раза легче нержавеющей стали. По модулю упругости он превосходит и сталь, и титан, и алюминий. Важно, что его прочностные свойства не утрачиваются вплоть до температуры 800 градусов.
Несмотря на высокую стоимость и токсичность, бериллий используют там, где он незаменим. Так, в США из него были изготовлены панели серии космических кораблей «Аджена», части антенны на спутнике связи «Тэксэт-1» и отражатель ядерного ракетного двигателя «Нерва-1».
Алюминий находится в третьей группе элементов. Других металлов легче алюминия в этой группе нет. В четвертой группе легче алюминия только кремний. Но значение его столь велико, что он заслуживает отдельной статьи.
Подведем итоги. Металлов легче алюминия много, больше десятка. Но не все из них, увы, могут его заменить или дополнить.
Самые легкие металлы в мире
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.
Разница между алюминием и сталью
Металлы — это химические элементы, которые имеют характерные свойства, такие как пластичность, пластичность и электропроводность. Большинство элементов в периодической таблице являются металлами. Одним из основных применений металлов является производство металлических сплавов, таких как сталь. Основное отличие алюминия от стали в том, что алюминий металл в то время как Сталь — это металлический сплав.
Ключевые области покрыты
1. Что такое алюминий
— Производство, Недвижимость, Использование
2. Что такое сталь
– Типы, компоненты, свойства, использование
3. В чем разница между алюминием и сталью
— Сравнение основных различий
Ключевые термины: алюминий, пластичность, ковкость, металл, металлический сплав, нержавеющая сталь, сталь
Что такое алюминий
Алюминий (Al) — это мягкий металл серебристо-серого цвета. Имеет блестящий вид Алюминий имеет легкий вес по сравнению с другими металлами. Он податлив, то есть может деформироваться под давлением. Эти свойства алюминия сделали его для использования в авиастроении.
Алюминий обладает высокой устойчивостью к коррозии, поскольку он может образовывать защитный слой на своей поверхности путем окисления в оксид алюминия. Кроме того, это хороший проводник тепла и электричества. Степень пластичности высока для алюминия; это означает, что алюминий может быть легко расплавлен и вытянут в проволочные структуры. Алюминиевая фольга непроницаема, даже если она очень тонкая.
Металлический алюминий получают из оксида алюминия (оксида алюминия). Процесс рафинирования алюминия от глинозема известен как процесс Холла-Херулта. Процесс включает в себя следующие шаги.
- Растворение глинозема в расплавленном криолите.
- Разделение глинозема на его элементы путем электролиза.
Рисунок: кубик алюминия
Что такое сталь
Сталь представляет собой металлический сплав, состоящий из железа, углерода и нескольких других элементов, таких как марганец, вольфрам, фосфор и сера. Процентное содержание углерода в стали может варьироваться. По количеству присутствующего углерода сталь можно разделить на несколько групп, таких как:
- Мягкая сталь
- Высокая углеродистая сталь
- Низкоуглеродистая сталь
Иногда сталь имеет некоторые другие элементы с высоким процентным содержанием, чем углерод. Хороший пример тому — нержавеющая сталь. Нержавеющая сталь содержит очень мало углерода, но вместе с железом содержит много хрома. Различные желаемые свойства могут быть получены путем смешивания различных металлических и неметаллических элементов с железом в различных количествах. Типы стали в соответствии с различными присутствующими элементами;
- Углеродистая сталь — основные компоненты — железо и углерод
- Легированная сталь — основными компонентами являются железо, углерод и марганец
- Нержавеющая сталь — железо и хром с небольшим количеством углерода
- Инструментальная сталь — вольфрам, молибденоподобные металлы присутствуют с железом
Сталь твердая, очень прочная и пластичная. Но он не устойчив к коррозии (за исключением нержавеющей стали, которая изготавливается путем смешивания хрома с железом, что придает свойства коррозионной стойкости). Сталь легко подвергается коррозии при воздействии влажной среды. Поэтому происходит ржавчина.
Рисунок 2: Ржавчина стали
Разница между алюминием и сталью
Определение
Алюминий: Алюминий — это мягкий металл серебристо-серого цвета.
Сталь: Сталь — это металлический сплав, состоящий из железа, углерода и нескольких других элементов.
Устойчивость к коррозии
Алюминий: Алюминий устойчив к коррозии и коррозии.
Сталь: Сталь не устойчива к коррозии, и ржавчина происходит легко.
плотность
Алюминий: Алюминий — это мягкий металл с относительно низкой плотностью.
Сталь: Сталь — твердосплавный сплав с высокой плотностью.
Алюминий: Алюминий — это легкий металл.
Сталь: Сталь имеет больший вес, чем алюминий.
свариваемость
Алюминий: Алюминий трудно поддается сварке.
Сталь: Сталь легко сваривается.
Температура плавления
Алюминий: Алюминий имеет более низкую температуру плавления.
Сталь: Сталь имеет очень высокую температуру плавления.
Заключение
У металлов и металлических сплавов есть много применений в промышленном масштабе. Алюминий и сталь являются такими элементами. Основное различие между алюминием и сталью заключается в том, что алюминий — это металл, а сталь — это металлический сплав.
Рекомендации:
1. «Что такое алюминий?» Наш бизнес | Боксит Ресурс Лимитед. Н.п., н.д. Web.
Источник https://www.shkolazhizni.ru/computers/articles/48195/
Источник https://24smi.org/facts/216017-samye-legkie-metally-v-mire.html
Источник https://ru.strephonsays.com/difference-between-aluminium-and-steel