Интересные факты о вселенной. Тайны самого не только тяжелого, но и плотного металла в мире

Каждый из вас знает, что эталоном твердости на сегодня так и остается алмаз. При определении механической твердости существующих на земле материалов твердость алмаза берется как эталон: при измерениях методом Мооса – в виде поверхностного образца, методами Виккерса или Роквелла – в качестве индентора (как более твердое тело при исследовании тела с меньшей твердостью). На сегодняшний день можно отметить несколько материалов, твердость которых приближается к характеристикам алмаза.

Сравниваются в данном случае оригинальные материалы, исходя из их микротвердости по методу Виккерса, когда материал считается сверхтвердым при показателях в более 40 ГПа. Твердость материалов может изменяться, в зависимости от характеристик синтеза образца или направления приложенной к нему нагрузки.

Колебания показателей твердости от 70 до 150 ГПа – общеустановленное понятие для твердых материалов, хотя эталонной величиной принято считать 115 ГПа. Давайте рассмотрим 10 самых твердых материалов, кроме алмаза, которые существуют в природе.

10. Субоксид бора (B 6 O) - твердость до 45 ГПа

Субоксид бора обладает способностями создавать зерна, имеющие форму икосаэдров. Образованные зерна при этом не являются обособленными кристаллами или разновидностями квазикристаллов, представляя собой своеобразные кристаллы-двойники, состоящие из двух десятков спаренных кристаллов-тетраэдров.

10. Диборид рения (ReB 2) - твердость 48 ГПа

Многие исследователи ставят под сомнение вопрос, может ли этот материал причисляться к материалам сверхтвердого типа. Это вызвано весьма необычными механическими свойствами соединения.

Послойное чередование разных атомов делает этот материал анизотропным. Поэтому измерение показателей твердости получаются разными при наличии разнотипных кристаллографических плоскостей. Таким образом, испытаниями диборида рения при малых нагрузках обеспечивается твердость в 48 ГПа, а при увеличении нагрузки твердость становится намного меньше и составляет приблизительно 22 ГПа.

8. Борид магния-алюминия (AlMgB 14) - твердость до 51 ГПа

Состав представляет собой смесь алюминия, магния, бора с невысокими показателями трения скольжения, а также высокой твердостью. Эти качества могли бы стать находкой для производства современных машин и механизмов, работающих без смазки. Но использование материала в такой вариации пока что считается непомерно дорогим.

AlMgB14 - специальные тоненькие пленки, создающиеся при помощи лазерного напыления импульсного типа, имеют способность обладать микротвердостью до 51 ГПа.

7. Бор-углерод-кремний - твердость до 70 ГПа

Основа такого соединения обеспечивает сплаву качества, подразумевающие оптимальную устойчивость к химическим воздействиям негативного типа и высокой температуре. Такой материал обеспечивается микротвердостью до 70 ГПа.

6. Карбид бора B 4 C (B 12 C 3) - твердость до 72 ГПа

Еще один материал – карбид бора. Вещество достаточно активно стало использоваться в разных сферах промышленности практически сразу же после его изобретения в 18 веке.

Микротвердость материала достигает 49 ГПа, но доказано, что и этот показатель можно увеличить посредством добавления ионов аргона в строение кристаллической решетки – до 72 ГПа.

5. Нитрид углерода-бора - твердость до 76 ГПа

Исследователи и ученые со всего мира давно пытаются синтезировать многосложные сверхтвердые материалы, в чем уже были достигнуты ощутимые результаты. Компонентами соединения являются атомы бора, углерода и азота – близкие по размерам. Качественная твердость материала доходит до 76 ГПа.

4. Наноструктурированный кубонит - твердость до 108 ГПа

Материал еще называется кингсонгитом, боразоном или эльбором, а также обладает уникальными качествами, успешно используемыми в современной промышленности. При показателях твердости кубонита в 80-90 ГПа, близких к алмазному эталону, сила закона Холла-Петча способна обусловить их значительный рост.

Это означает, что при уменьшении размеров кристаллических зерен увеличивается твердость материала – существуют определенные возможности увеличения до 108 ГПа.

3. Вюртцитный нитрид бора - твердость до 114 ГПа

Вюрцитная кристаллическая структура обеспечивает высокие показатели твердости данному материалу. При локальных структурных модификациях, во время приложения нагрузки конкретного типа, связи между атомами в решетке вещества перераспределяются. В этот момент качественная твердость материала становится больше на 78 %.

Лонсдейлит является аллотропной модификацией углерода и отличается явной схожестью с алмазом. Обнаружен твердый природный материал был в метеоритном кратере, образовавшись из графита – одного из компонентов метеорита, однако рекордной степенью прочности он не обладал.

Учеными было доказано еще в 2009 году, что отсутствие примесей способно обеспечить твердость, превышающую твердость алмаза. Высокие показатели твердости способны обеспечиваться в этом случае, как и в случае с вюртцитным нитридом бора.

Полимеризованный фуллерит считается в наше время самым твердым материалом, известным науке. Это структурированный молекулярный кристалл, узлы которого состоят из целых молекул, а не из отдельных атомов.

Твердость фуллерита составляет до 310 ГПа, и он способен поцарапать алмазную поверхность, как обычный пластик. Как видите, алмаз это больше не самый твёрдый природный материал в мире, науке доступны более твердые соединения.

Пока это самые твердые материалы на Земле, известные науке. Вполне возможно, в скором времени нас ждут новые открытия и прорыв в области химии/физики, что позволит добиться более высокой твердости.

Этот базовый список из десяти элементов является самым "тяжёлым" по плотности на один кубический сантиметр. Однако обратите внимание, что плотность - это не масса, она просто показывает, насколько плотно упакована масса тела.

Теперь, когда мы это понимаем, давайте взглянем на самые тяжёлые во всей известной человечеству вселенной.

10. Тантал (Tantalum)

Плотность на 1 см³ - 16,67 г

Атомный номер тантала - 73. Этот сине-серый металл является очень твёрдым, а также имеет супервысокую температуру плавления.

9. Уран (Uranium)


Плотность на 1 см³ - 19,05 г

Обнаруженный в 1789 году немецким химиком Мартином Генрихом Клапортом (Martin H. Klaprot), металл стал настоящим ураном лишь почти сто лет спустя, в 1841 году, благодаря французскому химику Эжену Мелькиору Пелиго.

8. Вольфрам (Wolframium)


Плотность на 1 см³ - 19,26 г

Вольфрам существует в четырёх различных минералах, а также является самым тяжёлым из всех элементов, играющих важную биологическую роль.

7. Золото (Aurum)


Плотность на 1 см³ - 19,29 г

Говорят, деньги на деревьях не растут, чего не скажешь о золоте! Небольшие следы золота были обнаружены на листьях эвкалиптовых деревьев.

6. Плутоний (Plutonium)


Плотность на 1 см³ - 20,26 г

Плутоний демонстрирует красочное состояние окисления в водном растворе, а также может спонтанно изменять состояние окисления и цвета! Это настоящий хамелеон среди элементов.

5. Нептуний (Neptunium)

Плотность на 1 см³ - 20,47 г

Названный в честь планеты Нептун, он был обнаружен профессором Эдвином Макмилланом (Edwin McMillan) в 1940 году. Он также стал первым обнаруженным синтетическим трансурановым элементом из семейства актиноидов.

4. Рений (Rhenium)

Плотность на 1 см³ - 21,01 г

Название этого химического элемента происходит от латинского слова "Rhenus", что означает "Рейн". Он был обнаружен Вальтером Ноддаком (Walter Noddack) в Германии в 1925 году.

3. Платина (Platinum)

Плотность на 1 см³ - 21,45 г

Один из самых драгоценных металлов в этом списке (наряду с золотом), и используется для изготовления практически всего. В качестве странного факта: вся добытая платина (до последней частицы) могла бы поместиться в гостиной среднего размера! Не так много, на самом деле. (Попробуйте поместить в неё всё золото.)

2. Иридий (Iridium)


Плотность на 1 см³ - 22,56 г

Иридий был обнаружен в Лондоне в 1803 году английским химиком Смитсоном Теннантом (Smithson Tennant) вместе с осмием: элементы присутствовали в природной платине в качестве примесей. Да, иридий был обнаружен чисто случайно.

1. Осмий (Osmium)


Плотность на 1 см³ - 22,59 г

Не существует ничего более тяжёлого (на один кубический сантиметр), чем осмий. Название этого элемента происходит от древнегреческого слова "osme", что означает "запах", поскольку химические реакции его растворения в кислоте или воде сопровождаются неприятным, стойким запахом.

Драгоценные металлы на протяжении веков пленили умы людей, которые готовы выложить огромные суммы за изделия из них,но металл, о котором идёт речь, не используют в ювелирном производстве. Осмий - это самое тяжёлое вещество на Земле, которое относится к редкоземельным драгоценным металлам. Благодаря высокой плотности, это вещество имеет большой вес. Является ли осмий самым тяжёлым веществом (среди известных) не только на планете Земля, но и в космосе?

Это вещество - блестящий металл серо-голубого цвета. Несмотря на то, что он является представителем рода благородных металлов, изготовить из него ювелирные украшения не предоставляется возможным, так как он очень твёрдый и при том хрупкий. Из-за этих качеств осмий тяжело поддается механической обработке, к этому ещё нужно добавить его солидный вес. Если взвесить кубик, сделанный из осмия (длина стороны 8 см) и сравнить его с весом 10-литрового ведра, наполненного водой, то первый окажется тяжелее второго на 1,5 кг.

Самое тяжёлое вещество на Земле было открыто в начале 18 века, благодаря проведению химических опытов с платиновой рудой путём растворения последней в царской водке (смесь азотной и соляной кислот). Поскольку осмий не растворяется в кислотах и щелочах, плавится при температуре чуть выше 3000°С, кипит - при 5012°С, не изменяет своей структуры при давлении,равном 770 ГПа, то его с уверенностью можно считать самым сильным веществом на Земле.

В чистом виде месторождений осмия в природе не существует, обычно он встречается в соединениях с другими химическими веществами. Его содержание в земной коре мизерно, а добыча - трудоемкая. Эти факторы сказывают огромное влияние на стоимости осмия, его цена поражает воображение, ведь он намного дороже золота.

Из-за своей дороговизны это вещество не используется широко в промышленных целях, а только в тех случаях, когда его применение обусловлено максимальной пользой. Благодаря комбинации осмия с другими металлами повышается износостойкость последних, их долговечность и сопротивляемость к механическим воздействиям (трению и коррозии металлов). Такие сплавы используют в ракетостроении, военной и авиа промышленности. Сплав осмия и платины используют в медицине для изготовления хирургических инструментов и имплантов. Его использование оправдано в производстве высокочувствительных приборов, часовых механизмов и компасов.

Интересен тот факт, что учёные находят осмий наряду с другими драгоценными металлами в химическом составе железных метеоритов, упавших на землю. Означает ли это, что данный элемент является самым тяжёлым веществом на Земле и в космосе?

Утверждать это трудно. Дело в том, что условия космического пространства очень сильно отличаются от земных, сила гравитации между объектами очень велика, что в свою очередь приводит к значительному увеличению плотности некоторых космических объектов. Один из примеров - звезды, состоящие из нейтронов. По земным меркам - это огромный вес в одном кубическом миллиметре. И это только крупицы познания, которыми обладает человечество.

Самым дорогим и тяжёлым веществом на земле является осмий-187, на мировом рынке его продаёт только Казахстан, но этому изотопу ещё не найдено применение в промышленности.

Добыча осмия - очень трудоемкий процесс, и до получения его в потребительском виде проходит не менее девяти месяцев. В связи с этим, годовая добыча осмия в мире составляет всего около 600 кг (это очень мало по сравнению с добычей золота, которое исчисляется в тысячах тонн ежегодно).

Название самого сильного вещества "осмий" переводится, как "запах", но сам металл ни чем не пахнет, однако запах появляется в процессе окисления осмия, и он достаточно неприятный.

Итак, по тяжести и плотности на Земле нет равных осмию, так же этот металл описывается, как самый редкий, самый дорогостоящий, самый стойкий, самый блестящий, а еще специалисты утверждают, что оксид осмия обладает очень сильной токсичностью.

Осмий на сегодня определён как самое тяжёлое вещество на планете. Всего один кубический сантиметр этого вещества весит 22.6 грамма. Он был открыт в 1804 году английским химиком Смитсоном Теннантом, при растворении золота в После в пробирке остался осадок. Это произошло из-за особенности осмия, он нерастворим в щелочах и кислотах.

Самый тяжёлый элемент на планете

Представляет собой голубовато-белый металлический порошок. В природе встречается в виде семи изотопов, шесть из них стабильны и один неустойчив. По плотности немного превосходит иридий, который имеет плотность 22,4 грамма на кубический сантиметр. Из обнаруженных на сегодня материалов, самое тяжёлое вещество в мире - это осмий.

Он относится к группе таких как лантан, иттрий, скандий и других лантаноидов.

Дороже золота и алмазов

Добывается его очень мало, порядка десяти тысяч килограмм в год. Даже в наиболее большом источнике осмия, Джезказганском месторождении, содержится порядка трёх десятимиллионных долей. Биржевая стоимость редкого металла в мире достигает порядка 200 тысяч долларов за один грамм. При этом максимальная чистота элемента в процессе очистки около семидесяти процентов.

Хотя в российских лабораториях удалось получить чистоту 90,4 процента, но количество металла не превышало нескольких миллиграмм.

Плотность материи за пределами планеты Земля

Осмий, бесспорно, является лидером самых тяжёлых элементов нашей планеты. Но если мы обратим свой взор в космос, то нашему вниманию откроется множество веществ более тяжёлых, чем наш «король» тяжёлых элементов.

Дело в том, что во Вселенной существуют условия несколько другие, чем на Земле. Гравитация ряда настолько велика, что вещество неимоверно уплотняется.

Если рассмотреть структуру атома, то обнаружится, что расстояния в межатомном мире чем-то напоминают видимый нами космос. Где планеты, звезды и прочие находятся на достаточно большой дистанции. Остальное же занимает пустота. Именно такую структуру имеют атомы, и при сильной гравитации эта дистанция достаточно сильно уменьшается. Вплоть до «вдавливания» одних элементарных частиц в другие.

Нейтронные звезды - сверхплотные объекты космоса

В поисках за пределами нашей Земли мы сможем обнаружить самое тяжёлое вещество в космосе на нейтронных звёздах.

Это достаточно уникальные космические обитатели, один из возможных типов эволюции звёзд. Диаметр таких объектов составляет от 10 до 200 километров, при массе равной нашему Солнцу или в 2-3 раза больше.

Это космическое тело в основном состоит из нейтронной сердцевины, которая состоит из текучих нейтронов. Хотя по некоторым предположениям учёных она должна находиться в твёрдом состоянии, достоверной информации на сегодня не существует. Однако известно, что именно нейтронные звезды, достигая своего передела сжатия, впоследствии превращаются в с колоссальным выбросом энергии, порядка 10 43 -10 45 джоулей.

Плотность такой звезды сравнима, к примеру, с весом горы Эверест, помещённой в спичечный коробок. Это сотни миллиардов тонн в одном кубическом миллиметре. К примеру, чтобы стало более понятно, насколько велика плотность вещества, возьмём нашу планету с её массой 5,9×1024 кг и «превратим» в нейтронную звезду.

В результате, чтобы сравнялась с плотностью нейтронной звезды, её нужно уменьшить до размеров обычного яблока, диаметром 7-10 сантиметров. Плотность уникальных звёздных объектов увеличивается с перемещением к центру.

Слои и плотность вещества

Наружный слой звезды представлен собой в виде магнитосферы. Непосредственно под ней плотность вещества уже достигает порядка одной тонны на сантиметр кубический. Учитывая наши знания о Земле, на данный момент, это самое тяжёлое вещество из обнаруженных элементов. Но не спешите с выводами.

Продолжим наши исследования уникальных звёзд. Их называют также пульсарами, из-за высокой скорости вращения вокруг своей оси. Этот показатель у различных объектов колеблется от нескольких десятков до сотен оборотов в секунду.

Проследуем далее в изучении сверхплотных космических тел. Затем следует слой, который имеет характеристики металла, но, скорее всего, он похож по поведению и структуре. Кристаллы намного меньше, чем мы видим в кристаллической решётке Земных веществ. Чтобы выстроить линию из кристаллов в 1 сантиметр, понадобится выложить более 10 миллиардов элементов. Плотность в этом слое в один миллион раз выше, чем в наружном. Это не самое тяжёлое вещество звезды. Далее следует слой, богатый нейтронами, плотность которого в тысячу раз превышает предыдущий.

Ядро нейтронной звезды и его плотность

Ниже находится ядро, именно здесь плотность достигает своего максимума - в два раза выше, чем вышележащий слой. Вещество ядра небесного тела состоит из всех известных физике элементарных частиц. На этом мы достигли конца путешествия к ядру звезды в поисках самого тяжёлого вещества в космосе.

Миссия в поисках уникальных по плотности веществ во Вселенной, казалось бы, завершена. Но космос полон загадок и неоткрытых явлений, звёзд, фактов и закономерностей.

Чёрные дыры во Вселенной

Следует обратить внимание, на то, что сегодня уже открыто. Это чёрные дыры. Возможно, именно эти загадочные объекты могут быть претендентами на то, что самое тяжёлое вещество во Вселенной - их составляющая. Обратите внимание, что гравитация чёрных дыр настолько велика, что свет не может её покинуть.

По предположениям учёных, вещество, затянутое в область пространства времени, уплотняется настолько, что пространства между элементарными частицами не остаётся.

К сожалению, за горизонтом событий (так называется граница, где свет и любой объект, под действием сил гравитации, не может покинуть чёрную дыру) следуют наши догадки и косвенные предположения, основанные на выбросах потоков частиц.

Ряд учёных предполагают, что за горизонтом событий смешиваются пространство и время. Существует мнение, что они могут являться «проходом» в другую Вселенную. Возможно, это соответствует истине, хотя вполне возможно, что за этими пределами открывается другое пространство с совершенно новыми законами. Область, где время поменяется «местом» с пространством. Местонахождение будущего и прошлого определяется всего лишь выбором следования. Подобно нашему выбору идти направо или налево.

Потенциально допустимо, что во Вселенной существуют цивилизации, которые освоили путешествия во времени через чёрные дыры. Возможно, в будущем люди с планеты Земля откроют тайну путешествий сквозь время.

Самый дорогой металл в мире и самое плотное вещество на планете

Размещено 01.02.2012 (актуально до 01.02.2013)

В природе очень много различных металлов и драгоценных камней, стоимость которых очень высока для большинства жителей планеты. Про драгоценные камни люди более-менее имеют представление, какие самые дорогие, какие больше всего ценятся. Но, вот как обстоят дела с металлами, большинство людей кроме золота и платина больше не знают дорогих металлов. Какой самый дорогой металл в мире? Любопытство людей не имеет границ, они в поисках ответов на самые интересные вопросы. Узнать стоимость самого дорогого металла на планете не проблема, так как это не является секретной информацией.

Скорее всего, что Вы впервые слышите это название – изотоп Осмия 1870s. Этот химический элемент и есть самый дорогой металл в мире. Вы могли видеть название такого химического элемента в таблице Менделеева под номером 76. Изотоп Осмия является самым плотным веществом на планете. Его плотность составляет 22,61 г/см 3 . При нормальных стандартных условиях осмий имеет серебристый цвет и обладает резким запахом. Этот металл относится к группе платиновых металлов. Этот металл применяют при производстве ядерного оружия, фармацевтике, аэрокосмической сфере, иногда в ювелирных изделиях.

Но, вот теперь главный вопрос – сколько стоит самый дорого металл в мире? Сейчас его стоимость на черном рынке составляет 200 000 долларов за 1 грамм. Так, как получение изотопа 1870s очень сложная задача, мало кто возьмется за это дело. Раньше, в 2004 году, Казахстан официально предлагал один грамм чистого изотопа Осмия за 10 000 долларов. Казахстан в свое время стала первым экспертом дорого металла, ни одно страна больше не выставляла на продажу этот металл.

Осмий был открыт английским химиком Смитсоном Теннантом в 1804 году. Осмий получают из обогащенного сырья платиновых металлов путём прокаливания этого концентрата на воздухе при температурах 800-900 градусов Цельсия. И до сих пор учёные пополняют таблицу Менделеева , получая элементы с невероятными свойствами.

Многие скажут, что есть еще дороже металл – это Калифорний 252. Цена Калифорния 252 составляет 6 500 000 долларов за 1 грамм. Но, стоит учесть тот факт, что мировой запас этого металла всего несколько грамм. Так, как он производится только на двух реакторах в России и США по 20-40 микрограмм в год. Но, его свойства очень впечатляющие: 1мкг калифорния дает более 2 миллионов нейтронов в секунду. Последние годы этот металл используется в медицине в качестве точечного источника нейтронов для локальной обработки злокачественных опухолей.