Легкие металлы – перечень, свойства и польза элементов

Слово «металл» привычно ассоциируется с большим весом. Но это совсем не так – некоторые металлы настолько легкие, что даже не тонут в воде. А некоторые весят в сотню раз меньше пенопласта и все равно остаются прочным металлом. Возможно, вас также заинтересует статься про самые дорогие металлы в мире.

Узнай все о самом легком металле

Узнай все о самом легком металле

Что представляют собой

В номенклатуре IUPAC – уважаемой в мире международной организации, курирующей теорию и практику в сфере химии, термин «легкие металлы» отсутствует.

Неофициально к легким металлам относятся вещества с плотностью менее 5 граммов на кубический сантиметр.

Разные списки включают пять – десять позиций.

Самое распространенное деление – по используемости:

  • На этом основании выделяют пять главных: алюминий, бериллий, магний, титан, литий.
  • Их дополняет «экзотика»: галлий, индий, висмут, таллий, кадмий.

Вторая группа причисляется к редким металлам.

Редкими эти элементы названы потому, что на практике используются недавно и не так широко, как традиционные материалы.

Где используют самые легкие металлы

Используют легчайшие металлы и их сплавы в разных производственных отраслях и во многих проектах. Особенно конструкции из легких металлов востребованы в:

  • строительстве;
  • медицине;
  • металлургии;
  • текстильной промышленности;
  • фармацевтике;
  • ядерной энергетике;
  • автомобильной и аэрокосмической промышленности.

Сейчас продолжаются исследования по разработке искусственных легчайших металлов, как микролаттис. Вполне вероятно, что в ближайшем будущем появится уникальный по прочности и легкости материал, который превзойдет все известные металлы щелочной группы.

Интересует лазерная резка любых металлов и не только? Обращайтесь в компанию Мос-Лазер!

Классификация

Каждый представитель «легкой» группы относится еще к какому-нибудь сообществу.

Основанием становится не плотность, а другие физико-химические характеристики:

  • Щелочные элементы – литий.
  • Щелочноземельные – бериллий, магний.
  • Цветные металлы – алюминий, титан, магний.
  • Легкоплавкие – висмут, галлий, кадмий, таллий, индий.
  • Тугоплавкие – титан, магний.

Каждый химический элемент наделен специфическими свойствами, присущими своей группе.

Как производится литий?

Производство лития осуществляется тремя способами

При изготовлении этого материала осуществляется такой процесс, при котором раскладываются природные соединения лития. Из-за немалого числа входящих в состав компонентов данная процедура является довольно трудоемкой. В результате на 1000 килограммов получаемого путем добычи сырья приходится только двадцать один грамм лития.

Чтобы разложить соединения лития, пользуются тремя способами – сульфатным, известковым, сернокислотным. Первый и второй осуществляют способом спекания руды с оксидом кальция либо сульфатом калия. При этом все происходит при температуре от 250 до 300 градусов. После обработки получившейся массы водой осуществляется процесс хлорирования. В завершении проводится электролиз массы при использовании хлорида калия либо бария. Осевший на катодах литий забирается оттуда для последующей переработки.

Третий метод заключается в растворении полученного сырья в серной кислоте. Затем все осуществляется точно так же, как было описано выше. После получения чистого лития он отправляется в различные отрасли промышленности для изготовления необходимых изделий.

Как представлены в природе

На легкий металлический сегмент приходится пятая часть литосферы (по массе).

Чаще они входят в состав руды либо минерала. Особенно химически сверхактивные элементы, например, литий. Этот самый легкий металл в природе представлен собственными минералами – лепидолитовой слюдой и сподуменом.

сподумен минерал

ТОП-5 легких металлов:

  1. Самый легкий металл — литий. Это щелочной металл имеет серебристо-белый цвет, у него наименьшая атомная масса и наименьшая плотность, которая в два раза меньше, чем у воды, — 0, 534 г/см3. Литий мягкий и пластичный, режется ножом, находится на третьем месте периодической таблицы после водорода и гелия, у металла более 30 собственных минералов. Температура плавления — +180, 54 градуса. В природе есть два стабильных изотопа лития. Металл всплывает в воде и керосине. Литий редко используется в чистом виде, так как это очень активный элемент, который быстро вступает в реакцию с окружающей средой. К тому же, литий сильно токсичен, поэтому для бытового применения не подходит.
  2. К числу самых легких элементов на планете относится водород — это плотность составляет 0, 0763 г/см3, но так как он не встречается в чистом виде, а только как часть молекулярных соединений, то его не причисляют к категории металлов.
  3. Далее следует калий, после него — алюминий, рубидий, цезий и стронций, магний, титан и другие щелочные металлы. По плотности калий уступает воде — 0, 862 г/см3. У остальных металлов плотность выше, чем у воды. Как и литий, калий вступает в реакцию с водой, поэтому чаще используется в сплавах, а не в чистом виде.
  4. На третьем почетном месте находится алюминий — в земной коре этот элемент достаточно распространен. Алюминий отлично проводит электричество и тепло, не подвержен коррозии, но легко подвергается сгибанию. Сплавы с алюминием пластичны, достаточно прочные, не ржавеют, хорошо свариваются и поддаются резке. Если говорить о самых прочных металлах среди самых легких, то алюминий может занять здесь первое место. Когда люди еще не умели получать этот металл промышленным путем, его цена была выше, чем на золото. Используется алюминий в ракетостроении, военной промышленности.
  5. Титан — химический элемент серебристого цвета с плотностью 4, 5 г/см3. Титан получил статус самого твердого металла, характеризуется высокой антикоррозийной стойкостью, сохраняет исходные характеристики даже при температуре +300 градусов.

Способы получения

Технологию выплавки легких металлов отработали к середине 19 века.

Для их получения в металлургии используется три способа:

  1. Электролиз расплава солей. То есть аккумуляция на электродах компонентов растворенных либо других веществ. Реакцию запускает электрический ток, пропускаемый через раствор либо расплав электролита.
  2. Металлотермия. Восстановление из их соединений другими, более активными металлами. Процесс проходит при повышенных температурах.
  3. Электротермия. Материал нагревается, затем расплавляется теплом, полученным из электрического тока.

Производство легких элементов – весьма энергоемкий процесс. Поэтому металлургические комбинаты располагают поближе к источникам энергии.

В отличие от тяжелых металлов: их базовые предприятия привязывают к месторождению.

Ценностью легких, особенно цветных металлов, обусловлен второй способ получения – переработка лома.

Где применяют литий?

Широко этот металл используется в сплавах. Например, когда идет процесс легирования алюминия, добавляет литий, что позволяет снизить плотность и улучшить степень упругости сплава. При изготовлении щелочных аккумуляторов применяют гидроксид лития. Наверняка, многим из вас знаком такой термин, как «литий-ионная батарея».

Литий широко применяется в различных отраслях промышленности

Керамика на основе силиката и алюмината лития используется в металлургической промышленности и для изготовления военной техники. Солями лития в медицинской сфере благополучно лечат заболевания, связанные с психическими расстройствами, так как карбонат лития обладает способностью стабилизировать человеческое настроение.

Текстильная, фармацевтическая и пищевая промышленности применяют для изготовления определенных товаров соединения лития. В сочетании с окислителями металл применяют для производства топлива для ракет. Нитрат лития просто необходим для создания пиротехнических средств. Оптическая отрасль пользуется фторидом лития. Из данного металла даже производят стекло, которое имеет определенный сорт.

Передовые технологии: что еще легче лития?

Микролаттис

Наука не стоит на одном месте, даря промышленности все более уникальные технологии. Так ученые получили металл, который гораздо легче по весу, чем литий. Такой металл получил название «микролаттис». Благодаря его невероятной легкости можно положить его на одуванчик, а растение при этом не деформируется.

Несмотря на свою легкость, микролаттис может выдерживать огромные нагрузки, а также восстанавливать первоначальную форму при нанесении ударов. Также материал легче полистирола в сто раз. При этом прочность его на высоте. Благодаря таким характеристикам металл используется в различных сферах – автопромышленность, аэрокосмическая промышленность, производство электродов для батарей и т.д.

Биологическое значение

Элемент был обнаружен в числе постоянных компонентов в живых организмах. У растений он повышает стойкость к различным заболеваниям. Вещество усиливает фотохимическую активность хлоропластов в листве томатов и синтез никотина в табаке.

В человеческом организме литий образуется преимущественно в почках, но также находится в щитовидной железе, печени, сердце, лёгких и кишечнике. Этот элемент участвует в важных процессах жизнедеятельности организма человека:

Литий в организме человека

  • нормализует обмены жиров и углеводов;
  • укрепляет иммунную систему;
  • не даёт развиться аллергическим реакциям;
  • снижает нервную возбудимость.

В большом количестве вещество снижает уровень серотонина в мозге. При высоком содержании натрия в организме препараты с литием назначают с осторожностью, поскольку лекарства могут быть опасны для здоровья и ухудшить состояние почек.

Токсичность

Несмотря на важную биологическую роль лития в нашем организме, он может быть опасным. Самый легкий металл достаточно токсичен и способен вызывать отравления. При горении он провоцирует раздражение и отёки слизистых оболочек. Если на них попадет кусочек целого металла, произойдёт то же самое.

Литий нельзя брать в руки без перчаток. Взаимодействуя с влагой в воздухе или влагой на коже, он легко вызывает ожог. С расплавленным металлом нужно быть ещё осторожнее, так как его активность повышается в разы. При работе с ним нужно помнить, что это щелочь. Уменьшить его действие на кожу можно обычным уксусом.

В организме литий повышает устойчивость иммунной системы и улучшает работу нервной системы. Но его переизбыток сопровождается головокружением, сонливостью, потерей аппетита. Отравление металлом приводит к снижению либидо, слабости в мышцах, набору веса. При этом может ухудшиться зрение, память и наступить кома. Работать с литием нужно всегда в перчатках, защитном костюме и очках.

Из четырех процентов

История открытия лития началась с …математики. Химик Арфведсон анализировал минерал с рудника Уто. Ученый определил, что это обычный алюмосиликат, и содержание в нем алюминия, кремния и кислорода составляет 96%. Настырный химик задумался — что с оставшимися 4%. Отделив основные составляющие и растворив остаток, он получил раствор со щелочными свойствами. Логично было предположить, что открыт новый элемент.

литий металл

Описанием минерала, из которого извлекли новый элемент, служат слова: «обычный булыжник». Потому и назвали новый металл литием (litos по латыни камень).

Lithium. Nirvana

Я так счастлив, Ведь сегодня я нашёл своих друзей… Они в моей голове. Я такой безобразный, но это нормально, Ведь и ты такой… Мы разбили наши зеркала. Утро воскресенья. Для меня каждый день. И я не боюсь, зажги мои свечи… Я в оцепенении, ведь я нашёл бога…

Да…

Я так одинок, но это ничего, Я побрил себе голову… И я не печалюсь, И, может, Я виноват во всём, что слышал… Но я не уверен.. Я так взвинчен, Не дождусь встречи с тобой там… Мне всё равно. Я так возбужден, Но это не страшно, У меня добрые намерения.

Да..

Я люблю это — я не схожу с ума Я скучаю по тебе, я не схожу с ума, Я люблю тебя, я не схожу с ума, Я убью тебя, я не схожу с ума..

Я так счастлив, Ведь сегодня я нашёл своих друзей… Они в моей голове. Я такой безобразный, но это нормально, Ведь и ты такой… Мы разбили наши зеркала. Утро воскресенья. Для меня каждый день. И я не боюсь, зажги мои свечи… Я в оцепенении, ведь я нашёл бога…

Да…

Я люблю это — я не схожу с ума Я скучаю по тебе, я не схожу с ума, Я люблю тебя, я не схожу с ума, Я убью тебя, я не схожу с ума…
Автор перевода — tester

Сферы применения технологий ЛМК и ЛСТК

Современные технологии ЛСТК и ЛМК используют при возведении всех типов зданий (включая жилые). Такое широкое применение метода объясняется его надежностью. При выборе технологии учитывают, какую нагрузку должна выдерживать постройка. Изделия ЛМК более прочные. Их используют для строительства в регионах с большим количеством осадков. Такие здания зимой выдерживают снеговые нагрузки. Постройки из тонкостенной стали под длительным давлением толстого слоя снега могут обрушиться.

Строительство конструкций, каркас которых состоит из стальных профилей, оправдано, если в регионе выпадает малое количество осадков, а нагрузка на каркас здания будет небольшой.

Метод строительства выбирают после вычисления несущей способности здания. Второстепенные факторы, учитывающиеся при определении способа возведения постройки:

  • стоимость материалов и работы;
  • срок эксплуатации.

Конструкции из черного металла служат дольше.

Химические особенности

Вещество реагирует с водой, аммиаком, кислотами и неметаллами, в чём проявляются типичные химические свойства лития. В металлической форме он обжигает слизистые оболочки и увлажнённую поверхность кожного покрова.

Литий хранят в газолине, парафине или минеральном масле

В соединениях степень окисления лития равна +1. Этот металл нельзя хранить в керосине, что нехарактерно для щелочных видов. При комнатной температуре он не взаимодействует с сухим воздухом или кислородом. Элемент вступает в медленные реакции с другими газами во влажном воздухе, образуя гидроксид, нитрид и карбонат. Поэтому вещество хранят в газолине, парафине или минеральном масле. Для этого используют герметично закрытые жестяные банки.

При нагревании в кислороде литий горит, превращаясь в оксид. Протекающая химическая реакция с уравнением и формулой:

4Li+O2 → 2Li2O

Одна из главных особенностей металла в том, что при 100−300°C на нём образуется плотная оксидная плёнка, после чего он не окисляется. Основным признаком для определения химического элемента служит тёмно-красное пламя во время горения его солей. При взаимодействии с водой, при котором не происходит взрыва или возгорания, образует гидроксид и простое вещество водород. Также реагирует с этиловым спиртом.

Рейтинг
( 1 оценка, среднее 5 из 5 )
Понравилась статья? Поделиться с друзьями: