Які метали не тонуть у воді. Створений хіміками композитний метал не тоне у воді. Знаходження в природі і значення

Слово «метал» часто асоціюється з важкістю. Це далеко не так. Всі метали мають дуже різними властивостями. Деякі з них настільки легкі, що навіть не тонуть у воді. Який метал найлегший? Які у нього властивості? Давайте дізнаємося.

Найлегші метали в світі

Легкими називають метали, які мають невелику щільність. Це аж ніяк не рідкісне явище. Речовини з такими характеристиками становлять приблизно 20% від маси земної кори. Вони активно видобуваються і широко застосовуються в промисловості.

Найлегшим металом є літій. Крім найменшою атомної маси, він володіє і найменшою щільністю, яка в два рази нижче, ніж у води. Після літію йдуть калій, натрій, алюміній, рубідій, цезій, стронцій і т. Д. В їх число входить і титан, який має найвищу міцністю серед металів.

Легкістю і міцністю володіє також алюміній. У земній корі він третій за поширеністю. Поки люди не навчилися отримувати його промисловим шляхом, метал був дорожче золота. Зараз кілограм алюмінію можна купити приблизно за 2 долари. Його застосовують як в ракетній техніці і військової промисловості, так і для виготовлення харчової фольги і кухонних предметів.

літій

Літій знаходиться в першій групі періодичної таблиці елементів. Він стоїть під номером 3, після водню і гелію, і володіє найменшою атомною масою серед всіх металів. Проста речовина - літій, при нормальних умовах має сріблясто-білий колір.

Це найлегший лужної метал з щільністю 0,534 г / см³. Через це він спливає не тільки у воді, але і в гасі. Для його зберігання зазвичай використовують парафін, газолін, мінеральні масла або петролейний ефір. Літій дуже м'який і пластичний, легко ріжеться ножем. Щоб розплавити цей метал, його потрібно нагріти до температури 180,54 ° C. Закипить він тільки при 1340 ° C.

У природі існує тільки два стабільних ізотопи металу: Літій-6 і Літій-7. Крім них, є 7 штучних ізотопу і 2 ядерних ізомеру. Літій є проміжним продуктом в реакції перетворення водню в гелій, беручи участь, таким чином, в процесі освіти зоряної енергії.

Реакції з літієм

З огляду на його лужну природу, можна припустити, що він дуже активний. Однак метал є найспокійнішим представником своєї групи. При нормальній кімнатній температурі літій слабо реагує з киснем і багатьма іншими речовинами. Свій «бурхливу вдачу» він проявляє після нагрівання, тоді він вступає в реакцію з кислотами, різними газами і підставами.

На відміну від інших лужних металів з водою він реагує м'яко, утворюючи гідроксид і водень. З сухим повітрям реакції практично немає. Але якщо він вологий, то літій повільно реагує з його газами, утворюючи нітрид, карбонат і гідроксид.

При певних температурах найлегший метал активний з аміаком, етиловим спиртом, галогенами, воднем, вуглецем, кремнієм, сіркою.

сплави літію

Властивості літію підвищують окремі якості металів, через що його часто використовують в сплавах. Корисною є його реакція з оксидами, воднем, сульфідами. При нагріванні він утворює з ними нерозчинні сполуки, які легко витягти з розплавлених металів, очистивши їх від цих речовин.

Для додання сплаву стійкості до корозії і пластичності його змішують з магнієм і алюмінієм. Мідь в сплаві з ним стає більш щільною і менш пористої, краще проводить електрику. Найлегший метал підвищує твердість і пластичність свинцю. При цьому він підвищує температуру плавлення багатьох речовин.

Завдяки літію метал стає міцним і стійким до руйнувань. При цьому він не ускладнює їх. Саме тому сплави на його основі застосовуються в космічній інженерії та авіації. Головним чином використовуються суміші з кадмієм, міддю, скандієм і магнієм.

Знаходження в природі і значення

Найлегший метал має близько 30 власних мінералів, але тільки 5 з них використовуються в промисловості: пенталіт, амблигонит, лепідоліт, цинвальдит і сподумен. Крім того, знаходиться він в солоних озерах. Всього в земній корі міститься 0,005% цього металу.

Великі промислові запаси літію знаходяться на всіх континентах. Його добувають в Бразилії, Австралії, ПАР, Канаді, США та інших країнах. Після чого застосовують його в електроніці, металургії, лазерних матеріалах, ядерній енергетиці та навіть медицині.

У нашому організмі він міститься в печінці, крові, легенів, кістках та інших органів. Недолік літію призводить до порушень в роботі нервової системи і мозку. Він підвищує стійкість організму до хвороб, активізує діяльність ферментів. За допомогою нього борються з хворобою Альцгеймера, психічними розладами, склерозом, а також різними залежностями.

токсичність

Незважаючи на важливу біологічну роль літію в нашому організмі, він може бути небезпечним. Найлегший метал досить токсичний і здатний викликати отруєння. При горінні він провокує роздратування і набряки слизових оболонок. Якщо на них потрапить шматочок цілого металу, відбудеться те ж саме.

Літій не можна брати в руки без рукавичок. Взаємодіючи з вологою в повітрі або вологою на шкірі, він легко викликає опік. З розплавленим металом потрібно бути ще обережнішими, так як його активність підвищується в рази. При роботі з ним треба пам'ятати, що це луг. Зменшити його дію на шкіру можна звичайним оцтом.

В організмі літій підвищує стійкість імунної системи і покращує роботу нервової системи. Але його надлишок супроводжується запамороченням, сонливістю, втратою апетиту. Отруєння металом призводить до зниження лібідо, слабкості в м'язах, набору ваги. При цьому може погіршитися зір, пам'ять і наступити кома. Працювати з літієм потрібно завжди в рукавичках, захисному костюмі і окулярах.

Російсько-американська команда дослідників представила революційну розробку: ультралегкий алюміній, який не тоне у воді.

Хіміки з російського Південного Федерального університету і Університету штату Юта (США) розробили нову надлегку кристалічну форму алюмінію. Вона не тоне у воді і може бути застосована в різних сферах економіки і промисловості. Для створення нового матеріалу був застосований інноваційний підхід з використанням обчислювальної техніки. Про дослідження повідомляє Science Daily.

Професор Олександр Болдирєв (Alexander Boldyrev) з Університету Юти спільно з колегами з Південного федерального університету реструктуризував звичайний алюміній на молекулярному рівні. Для цього фахівці використовували комп'ютерне моделювання та «зібрали» нову кристалічну решітку.

Болдирєв пояснює: його команда працювала з кристалічною решіткою алмаза. Взявши за основу її структуру, вчені   замінили кожен атом вуглецю  тетраедром алюмінію.
  В результаті вийшла нова метастабільна форма найлегшого алюмінію. його щільність – 0,61 грама на кубічний сантиметр (Для порівняння: звичайний алюміній має щільність 2,71 грама на кубічний сантиметр).
  А це означає, що алюміній з новою кристалічною формою буде плавати на поверхні води , Щільність якої складає один грам на кубічний сантиметр.

Така властивість відкриває гігантські перспективи для використання нового металу - щодо недорогого і простого у виробництві, стійкого до корозій парамагнетика. Космічне будівництво, медицина, електроніка, автомобілебудування - це лише деякі сфери, в який ультралегкий алюміній знайде застосування, впевнені автори роботи. Правда, їм ще належить протестувати новий матеріал в різних умовах, в першу чергу - перевірити його міцність.

Допомагав проводити Денис Зеленов. 10 років.

Влітку Денис купався на Волго - Донському каналі. Дивився на великі кораблі, як вони йдуть по каналу, піднімаються і опускаються в камері шлюзу. І задумався: що дозволяє їм не тільки триматися на воді, а й перевозити важкі вантажі?

Чому кораблі можуть ходити по воді?

Причин кілька.

1. Щільність

досвід 1

Всі ми знаємо, що якщо кинути у воду дерев'яну дошку, то вона буде лежати на її поверхні, а ось металевий лист такого ж розміру відразу починає тонути.

Чому так відбувається? Це визначається не вагою предмета, а його щільністю. Щільність - це маса речовини, укладена в певному обсязі.

досвід 2

Ми взяли кубики однакового розміру 70 × 40х50 мм з різного матеріалу - метал, дерево, камінь і пінопласт і зважили їх. І побачили, що кубики мають різну вагу, а отже, і різну щільність.

Вага кубика з:

• каменю -264гр.,
• пінопласту - 3 гр.,
• металу - 1020 гр.,
• дерева - 70 гр.

Звідси зробили висновок, що з кубиків самий щільний матеріал - це метал, потім камінь, дерево і пінопласт.

досвід 3

А що станеться, якщо ці кубики опустити в воду? Як видно з досвіду камінь і метал потонули - їх щільність більше щільності води, а пінопласт і дерево немає - їх щільність менше щільності води. Значить, будь-який предмет буде плавати, якщо його щільність менше щільності води.

Отже, корабель, щоб він тримався на воді, треба зробити так, щоб його щільність була меншою щільності води. Припустимо, робити його з такого матеріалу, який має щільність менше щільності води і не тоне - наприклад, з дерева. З історії ми знаємо, що людина саме з дерева робив спочатку плоти, а потім човна, використовуючи властивість дерева -плавучесть.

Сьогодні ми бачимо багато кораблів зроблених з металу, але вони не тонуть. Причина в тому, що їх корпус наповнений повітрям. Повітря набагато менш щільна речовина, ніж вода. У корабля утворюється, як би загальна, сумарна щільність повітря і металу. В результаті цього середня щільність корабля разом з величезним обсягом повітря в його корпусі стає менше щільності води. Тому-то й не тоне важкий корабель. Підтвердимо це досвідом.

досвід 4

Опустимо в воду плоский лист металу - він відразу ж тоне, а будь-яка посудина з бортами залишається на плаву - в ній утворюється запас плавучості. Туди навіть можна покласти вантаж.

Так само діє рятувальні засоби: жилет або коло, одягнений на людину. З їх допомогою вдається втриматися на плаву до прибуття рятувальників.

2. Виштовхуюча сила

Крім того на занурене у воду тіло діє виштовхуюча сила. На малюнку ми бачимо, що на тіло з усіх боків діють сили тиску:

Сили, що діють в горизонтальному напрямку, тобто на борту судна, взаємно компенсують один одного. Тиск же на нижню поверхню - на днище, перевищує тиск зверху. Внаслідок цього виникає спрямована вгору виштовхуюча сила.

Це добре видно з наступного досвіду.

досвіду 5

М'ячик з повітрям всередині, занурений у воду, з силою вилітає з неї вгору.

Це діє на м'яч виштовхує сила (сила Архімеда). Вона то і утримує корабель на плаву і дозволяє кораблю плавати.

1-Сили підтримки; 2-Тиск води на борт судна

Від чого ж залежить дію сили, що виштовхує?

перше  - це від обсягу корабля і друге - від щільності води, в якій корабель плаває. Ця сила тим більше, чим більший об'єм зануреного тіла. Перевіримо це досвідом.

досвід 6

Покладемо на плаваючу дошку невеликий вантаж -вони тонуть. А ось обсяг надувного човна значно більше, і вона може витримати навіть кілька людей.

Друге  - виштовхуюча сила змінюється зі збільшенням щільності води. Щільність води можна збільшити, якщо її сильно-сильно посолити.

Доведемо це наступним досвідом.