Медь тяжелый или легкий металл

Тяжелые металлы и их соли (Си, Zn, Hg, Cd, Pb, Sn, Fe, Mn, Ag, Cr, Co, Ni, As, Al) — широко распространенные промышленные загрязнители. В водоемы они поступают из естественных источников (горных пород, поверхностных слоев почвы и подземных вод), со сточными водами многих промышленных предприятий и атмосферными осадками, которые загрязняются дымовыми выбросами. Тяжелые металлы как микроэлементы постоянно встречаются в естественных водоемах и органах гидробионтов (см.таблицу). В зависимости от геохимических условий отмечаются широкие колебания их уровня.

Естественные уровни металлов в природных водах (по А. П. Виноградову, Я. М. Грушко и Д. Бокрис)
Элемент Содержание металлов (мкг/л) Элемент Содержание металлов(мкг/л)
в морской воде в речной воде в морской воде в речной воде
Ртуть 0,03 0,03 — 2,8 Олово 3,0 1,0 — 3,0
Кадмий 0,1 0,1 — 1,3 Железо 10,0 10,0 — 67,0
Медь 3,0 1.0 — 20,0 Марганец 2,0 1,0 — 50,0
Цинк 10,0 0,1 — 20,0 Мышьяк 10,0 30,0 — 64,0
Кобальт 0,5 0,1 — 1,0 Алюминий 10,0 1,0 — 50,0
Хром 0,02 1,0 — 10,0 Никель 2,0 0,8 — 5,6
Свинец 0,03 1,0 — 23,0 Серебро 0,04 0,1

Тяжелые металлы довольно устойчивы. Поступая в водоемы, они включаются в круговорот веществ и подвергаются различным превращениям. Неорганические соединения быстро связываются буферной системой воды и переходят в слаборастворимые гидроокиси, карбонаты, сульфиды и фосфаты, а также образуют металлорганические комплексы, адсорбируются донными осадками. Под воздействием живых организмов (микробов и др.) ртуть, олово, мышьяк подвергаются метилированию, превращаясь в более токсичные алкильные соединения. Кроме того, металлы способны накапливаться в различных организмах и передаваться в возрастающих количествах по трофической цепи. Особенно опасны ртуть, цинк, свинец, кадмий, мышьяк, так как они, поступая с пищей в организм человека и высших животных, могут вызвать отравления. Коэффициент материальной кумуляции колеблется у них от сотен до нескольких тысяч.

Считают, что большая часть неорганических соединений металлов поступает в организм рыб с пищей. Через жабры и кожу проникают растворимые диссоциирующие соли и металлорганические соединения. Антропогенные источники многократно (в 2 — 13 раз) повышают концентрацию тяжелых металлов в воде. С этим четко коррелирует содержание металлов в органах рыб.

Токсическое действие большинства тяжелых металлов на рыб обусловлено их ионами. Концентрированные растворы их солей, обладая вяжуще-прижигающим действием, нарушают функции органов дыхания. В слабых разведениях, проникая в организм, они нарушают проницаемость биологических мембран, снижают содержание растворимых протеинов, связываются с сульфгидрильными и аминогруппами белков и вызывают тем самым угнетение активности ферментов. Гидроокиси железа и марганца, осаждаясь на жабрах и икре, нарушают газообмен, что приводит к асфиксии. С повышенным загрязнением морской воды соединениями титана, железа, кадмия, хрома и других металлов связывают поражение рыб (треска, ершоватки и др.) опухолями (эпидермальная папиллома, псевдоопухоль жабр, карцинома печени) и язвенной болезнью, а также деформацию скелета и воспаление плавников.

В клинической симптоматике острых отравлений рыб тяжелыми металлами преобладают нервно-паралитический синдром и нарушение дыхания, которое обусловлено дистрофическими и некробиотическими изменениями в жабрах и коже. При хроническом отравлении симптомы выражены слабо. На первое место выступают деструктивные изменения жаберного аппарата и паренхиматозных органов, анемия и истощение рыб.

С незапамятных времен люди активно используют различные металлы. После изучения их свойств, вещества заняли достойное место в таблице знаменитого Д. Менделеева. До сих пор не утихают споры ученых относительно вопроса, какому металлу присвоить звание самого тяжелого и плотного в мире. На чаше весов два элемента менделеевской таблицы – иридий, а также осмий. Чем они интересны, читайте далее.

Общая информация

На протяжении веков люди занимались изучением полезных свойств самых распространенных металлов на планете. Больше всего сведений наука хранит о золоте серебре и меди. Со временем человечество познакомилось с железом, более легкими металлами – оловом и свинцом. В мире Средневековья люди активно пользовались мышьяком, а болезни лечили ртутью.

Читайте также:  Сопло для пропанового резака

Благодаря стремительному прогрессу, сегодня самыми тяжелыми и плотными металлами считается не один элемент таблицы, а сразу два. Под номером 76 расположен осмий (Os), а под номером 77 – иридий (Ir), вещества имеют следующие показатели плотности:

  • осмий тяжелый, благодаря плотности 22,62 г/ см³;
  • иридий не намного легче – 22,53 г/ см³.

Плотность относят к физическим свойствам металлов, она представляет собой соотношение массы вещества к его объему. Теоретические расчеты плотности обоих элементов имеют некоторые погрешности, поэтому оба металла сегодня принято считать самыми тяжелыми.

Для наглядности можно сравнить вес обыкновенной пробки с весом пробки из самого тяжелого металла в мире. Чтобы уравновесить чаши весов с пробкой из осмия либо иридия, потребуется более сотни обычных пробок.

История открытия металлов

Оба элемента были открыты на заре XIX века ученым Смитсоном Теннантом. Многие исследователи того времени занимались изучением свойств сырой платины, обрабатывая ее «царской водкой». Только Теннанту удалось обнаружить в полученном осадке два химических вещества:

  • осадочный элемент со стойким запахом хлора ученый назвал осмием;
  • субстанция с меняющейся окраской получила название иридий (радуга).

Оба элемента были представлены единым сплавом, который ученому удалось разделить. Дальнейшим исследованием самородков платины занялся русский химик К. Клаус, тщательно исследовавший свойства осадочных элементов. Сложность определения самого тяжелого металла в мире заключается в невысокой разности их плотности, которая не является величиной постоянной.

Яркие характеристики самых плотных металлов

Добытые экспериментальным путем вещества представляют собой порошок, довольно трудно поддающийся обработке, ковка металлов требует очень высоких температур. Наиболее распространенной формой содружества иридия с осмием является сплав осмистого иридия, который добывают в месторождениях платины, пластах залегания золота.

Наиболее частым местом обнаружения иридия считаются метеориты, богатые железом. Самородного осмия в мире природы не найти, только в содружестве с иридием и другими компонентами платиновой группы. Залежи часто содержат соединения серы с мышьяком.

Особенности самого тяжелого и дорогого металла в мире

Среди элементов периодической таблицы Менделеева самым дорогостоящим считается осмий. Серебристый металл с голубоватым отливом принадлежит к платиновой группе благородных химических соединений. Свой блеск самый плотный, но очень хрупкий металл не теряет под воздействием высоких температурных показателей.

Характеристики

  • Элемент №76 Osmium имеет атомную массу 190,23 а.е.м.;
  • Расплавленное при температуре 3033°C вещество закипит при 5012°C.
  • Самый тяжелый материал обладает плотностью 22,62 г/ см³;
  • Структура кристаллической решетки имеет гексагональную форму.

Несмотря на изумительно холодный блеск серебристого отлива, осмий не годится для производства ювелирных изделий из-за высочайшей токсичности. Для плавки украшения потребовалась бы температура, как на поверхности Солнца, ведь самый плотный в мире металл разрушается при механическом воздействии.

Превращаясь в порошок, осмий взаимодействует с кислородом, реагирует на серу, фосфор, селен, на царскую водку реакция вещества очень медленная. Osmium не обладает магнетизмом, сплавы имеют склонность к окислению, формированию кластерных соединений.

Где применяют

Самый тяжелый и невероятно плотный металл обладает высокой износостойкостью, поэтому добавка его к сплавам значительно повышает их крепость. Применение осмия в основном связано с химической промышленностью. Кроме того, его используют для следующих нужд:

  • изготовления ёмкостей, предназначенных для хранения отходов ядерного синтеза;
  • для нужд ракетостроения, оружейного производства (боеголовки);
  • в часовой промышленности для изготовления механизмов брендовых моделей;
  • для изготовления хирургических имплантатов, деталей кардиостимуляторов.

Интересно, что самый плотный металл считается единственным в мире элементом, неподвластным воздействию агрессии «адской» смеси кислот (азотная и соляная). Алюминий, соединенный с осмием, становится настолько пластичным, что его можно вытягивать без разрыва.

Тайны самого редкого и плотного в мире металла

Принадлежность иридия к платиновой группе наделяет его свойством невосприимчивости к обработке кислотами и их смесями. В мире иридий получают из анодных шламов при медно-никелевом производстве. После обработки шлама царской водкой, выпавший осадок прокаливают, результатом чего становится добыча иридия.

Читайте также:  Точильный станок с гриндером

Характеристики

Самый твердый металл серебристо-белого цвета обладает следующей группой свойств:

  • элемент таблицы Менделеева Iridium №77 обладает атомной массой 192,22 а.е.м.;
  • расплавленное при температуре 2466°C вещество закипит при 4428°C;
  • плотность расплавленного иридия – в пределах 19,39 г/см³;
  • плотность элемента при комнатной температуре – 22,7 г/см³;
  • кристаллическая решётка иридия ассоциируется с гранецентрированным кубом.

Тяжелый иридий не меняется под воздействием обычной температуры воздуха. Результатом прокаливания под воздействием нагревания при определенных температурах становится образование многовалентных соединений. Порошок свежего осадка иридиевой черни поддается частичному растворению царской водкой, а также раствором хлора.

Область применения

Хотя Iridium принадлежит к числу драгоценных металлов, для ювелирных изделий его применяют редко. Элемент, плохо поддающийся обработкам, весьма востребован при строительстве дорог, производстве автомобильных деталей. Сплавы с неподверженным окислению самым плотным металлом применяются для следующих целей:

  • изготовления тиглей для проведения лабораторных опытов;
  • производства специальных мундштуков для стеклодувов;
  • покрытия кончиков перьев и стержней шариковых ручек;
  • изготовления долговечных свечей зажигания для автомобилей;

Сплавы с изотопами иридия используют на сварочном производстве, в приборостроении, для выращивания кристаллов в составе лазерной техники. Применение самого тяжелого металла позволило осуществлять лазерную коррекцию зрения, дробление камней в почках и другие медицинские процедуры.

Хотя Iridium лишен токсичности и не опасен для биологических организмов, в природной среде можно встретиться его опасным изотопом – гексафторидом. Вдыхание паров ядовитого вещества ведет к мгновенному удушью и смерти.

Места природного залегания

Залежи самого плотного металла Iridium в мире природы ничтожно малы, их намного меньше, чем запасов платины. Предположительно самое тяжелое вещество сместилось к ядру планеты, поэтому объемы промышленной добычи элемента невелики (около трех тонн в год). Изделия из сплавов с иридием могут прослужить до 200 лет, драгоценности станут более долговечными.

Самородков самого тяжелого металла с неприятным запахом Osmium в природе не найти. В составе минералов можно обнаружить следы осмистого иридия вместе с платиной и палладием, рутением. Залежи осмистого иридия разведаны на территории Сибири (Россия), некоторых штатов Америки (Аляска и Калифорния), в Австралии и Южной Африке.

Если обнаружены залежи платины, удастся выделить осмий с иридием для укрепления и усиления физических либо химических соединений различных изделий.

Ведущей отраслью в экономике нашей страны является металлургия. Для успешного ее развития нужно много металла. В данной статье речь пойдет о цветных тяжелых и легких металлах и их использовании.

Классификация цветных металлов

В зависимости от физических свойств и назначения, они подразделяются на такие группы:

  • Легкие цветные металлы. Список этой группы большой: в ее состав входит кальций, стронций, цезий, калий, а также литий. Но в металлургической промышленности чаще всего используются алюминий, титан и магний.
  • Тяжелые металлы пользуются большой популярностью. Это всем известные цинк и олово, медь и свинец, а также никель.

  • Благородные металлы, такие как платина, рутений, палладий, осмий, родий. Золото и серебро широко применяются для изготовления украшений.
  • Редкоземельные металлы – селен и цирконий, германий и лантан, неодим, тербий, самарий и другие.
  • Тугоплавкие металлы – ванадий и вольфрам, тантал и молибден, хром и марганец.
  • Малые металлы, такие как висмут, кобальт, мышьяк, кадмий, ртуть.
  • Сплавы – латунь и бронза.

Легкие металлы

Они имеют широкое распространение в природе. Эти металлы обладают маленькой плотностью. У них высокая химическая активность. Они представляют собой прочные соединения. Металлургия этих металлов начала развиваться в девятнадцатом веке. Их получают путем электролиза солей в расплавленном виде, электротермии и металлотермии. Легкие цветные металлы, список которых имеет много пунктов, используются для производства сплавов.

Алюминий

Относится к легким металлам. Имеет серебристый цвет и точку плавления около семисот градусов. В промышленных условиях используется в сплавах. Он применяется везде, где нужен металл. У алюминия плотность низкая, а прочность – высокая. Этот металл легко режется, пилится, сваривается, сверлится, паяется и сгибается.

Читайте также:  Как сделать усилитель для саба

Сплавы образует с металлами различных свойств, такими как медь, никель, магний, кремний. Они обладают большой прочностью, не ржавеют при неблагоприятных погодных условиях. У алюминия высокая электро- и теплопроводность.

Магний

Он относится к группе легких цветных металлов. Имеет серебристо-белый цвет и пленочное окисное покрытие. Обладает маленькой плотностью, хорошо обрабатывается. Металл устойчив к воздействию горючими веществами: бензином, керосином, минеральными маслами, но подвержен растворению в кислотах. Магний не магнитен. Обладает низкими упругими и литейными свойствами, подвергается коррозии.

Титан

Это легкий металл. Он не магнитен. Имеет серебристый цвет с отливом голубоватого тона. Обладает высокой прочностью и устойчивостью к коррозии. Но у титана маленькая электропроводность и теплопроводность. Теряет механические свойства при температуре 400 градусов, приобретает хрупкость при 540 градусах.

Механические свойства титана повышаются в сплавах с молибденом, марганцем, алюминием, хромом и другими. В зависимости от легирующего металла, сплавы имеют разную прочность, среди них есть и высокопрочные. Такие сплавы применяются в самолетостроении, машиностроении, судостроении. Из них производят ракетную технику, бытовые приборы и многое другое.

Тяжелые металлы

Тяжелые цветные металлы, список которых весьма широк, получают из сульфидных и окисленных полиметаллических руд. В зависимости от их типов, методы получения металлов отличаются по способу и сложности производства, в процессе которого должны полностью извлекаться ценные составляющие сырья.

Металлы этой группы бывают гидрометаллургическими и пирометаллургическими. Полученные любым методом металлы называются черновыми. Они подвергаются процедуре рафинирования. Только после этого их можно использовать в промышленных целях.

Цветные металлы, список которых представлен выше, в промышленности используются не все. В данном случае речь идет о распространенном тяжелом металле – меди. У нее высокая теплопроводность, электропроводность и пластичность.

Сплавы меди нашли широкое применение в такой отрасли промышленности, как машиностроение, а все благодаря тому, что этот тяжелый металл хорошо сплавляется с другими.

Он тоже представляет цветные металлы. Список названий большой. Однако далеко не все тяжелые цветные металлы, к которым относится цинк, используются в промышленности. Этот металл хрупкий. Но если нагреть его до ста пятидесяти градусов, он будет без проблем коваться и с легкостью прокатываться. У цинка высокие антикоррозионные свойства, но он поддается разрушению при воздействии щелочью и кислотой.

Свинец

Список цветных металлов будет неполным без свинца. Он серого цвета с проблеском голубого оттенка. Температура плавления составляет триста двадцать семь градусов. Он тяжелый и мягкий. Хорошо куется молотком, при этом не твердеет. Из него выливают различные формы. Устойчив к воздействию кислот: соляной, серной, уксусной, азотной.

Латуни

Это сплавы из меди и цинка с добавлением марганца, свинца, алюминия и других металлов. Стоимость латуни меньше, чем меди, а прочность, вязкость и коррозионная стойкость – выше. У латуни хорошие литейные свойства. Из нее производят детали путем штамповки, раскатки, вытяжки, вальцовки. Из этого металла делают гильзы для снарядов и многое другое.

Использование цветных металлов

Цветными называют не только сами металлы, но и их сплавы. Исключение составляет так называемый "чермет": железо и, соответственно, его сплавы. В странах Европы цветные металлы носят название нежелезистых. Цветные металлы, список которых немаленький, нашли широкое применение в разных отраслях во всем мире, в том числе и в России, где являются основной специализацией. Производятся и добываются на территориях всех регионов страны. Легкие и тяжелые цветные металлы, список которых представлен большим разнообразием наименований, составляют отрасль промышленности под названием «Металлургия». Это понятие включает в себя добычу, обогащение руд, выплавку как металлов, так и их сплавов.

В настоящее время отрасль цветной металлургии получила широкое распространение. Качество цветных металлов очень высокое, они отличаются долговечностью и практичностью, применяются в строительной индустрии: ими отделывают здания и сооружения. Из них производят профильный металл, проволоку, ленты, полосы, фольгу, листы, прутки различной формы.