Легкие металлы – перечень, свойства и польза элементов

Легкие металлы – перечень, свойства и польза элементов

В настоящее время такое понятие, как «легкие металлы», отсутствует в номенклатуре ИЮПАК. Таковыми принято называть металлы, имеющие небольшую плотность (как правило до 4,5 г/см3) или вес. Стоит отметить, что в настоящее время существуют такие металлы, которые легко держатся на воде, а некоторые из них имеют вес, в разы меньший пенопласта, но при этом все равно остаются достаточно прочными.

Группа легких металлов, как правило, включает в себя следующие: алюминий, олово, магний, титан, бериллий и литий. Кроме этого, к данной группе металлов часто также добавляют галлий, индий, таллий, висмут и кадмий.

Наиболее важными металлами данной группы с точки зрения технического применения являются алюминий, магний, титан, бериллий. Именно данные металлы служат в качестве основы сплавов. Алюминиевые сплавы являются наиболее значимой и распространенной группой, однако, не смотря на это, для специфического применения также предлагаются и материалы из титана и бериллия.

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:

Читайте также: Как быстро охладить пивное сусло: выбираем чиллер для домашнего пивоварения

• 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.

Литий

Литий находится в первой группе периодической таблицы элементов. Он стоит под номером 3, после водорода и гелия, и обладает самой маленькой атомной массой среди всех металлов. Простое вещество – литий, при нормальных условиях имеет серебристо-белый цвет.

Это самый лёгкий щелочной металл с плотностью 0,534 г/см³. Из-за этого он всплывает не только в воде, но и в керосине. Для его хранения обычно используют парафин, газолин, минеральные масла или петролейный эфир. Литий очень мягкий и пластичный, легко режется ножом. Чтобы расплавить этот металл, его нужно нагреть до температуры 180,54 °C. Закипит он только при 1340 °C.

В природе существует только два стабильных изотопа металла: Литий-6 и Литий-7. Кроме них, есть 7 искусственных изотопа и 2 ядерных изомера. Литий является промежуточным продуктом в реакции превращения водорода в гелий, участвуя, таким образом, в процессе образования звёздной энергии.

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.

Сплавы лития

Свойства лития повышают отдельные качества металлов, из-за чего его часто используют в сплавах. Полезной является его реакция с окислами, водородом, сульфидами. При нагревании он образует с ними нерастворимые соединения, которые легко извлечь из расплавленных металлов, очистив их от этих веществ.

Для придания сплаву стойкости к коррозии и пластичности его смешивают с магнием и алюминием. Медь в сплаве с ним становится более плотной и менее пористой, лучше проводит электричество. Самый легкий металл повышает твёрдость и пластичность свинца. При этом он повышает температуру плавления многих веществ.

Благодаря литию металл становится прочным и устойчивым к разрушениям. При этом он не утяжеляет их. Именно поэтому сплавы на его основе применяются в космической инженерии и авиации. Главным образом используются смеси с кадмием, медью, скандием и магнием.

Как представлены в природе

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

Читайте также: Печи и установки индукционного и диэлектрического нагрева. Типы и виды печей.

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

Особенности сдачи легких сплавов

В настоящее время физические и юридические лица имеют возможность получить прибыль от сдачи цветмета в специализированные пункты приема. Стоимость лома определяется рядом факторов, среди которых качество материала, чистота его химического состава, категория и прочие параметры. Также имеют значение актуальные расценки на рынке, тарифы конкретной принимающей компании.

Формальная сторона вопроса сдачи любого лома, в том числе легких цветных металлов, имеет свою специфику. Право на такое мероприятие есть у каждого, но реализуется оно по-разному. Например, если сдача цветмета производится юридическим лицом – организацией, предприятием или представителем малого бизнеса (ИП), – то потребуется специальная лицензия. На физических лиц данное требование не распространяется, однако следует учитывать несколько правил:

• к приемке допускается только собственный лом (при наличии документов, подтверждающих право на владение);
• подлежащий сдаче цветмет должен входить в реестр материалов, принимаемых без лицензии;
• сдача лома нелегальным пунктам приема может иметь весьма неприятные последствия в соответствии с действующим законодательством.

Помимо сугубо меркантильного интереса сдача цветных металлов привлекательна с точки зрения экологии, сохранения запасов природных ресурсов. Переработанный лом снова идет на изготовление необходимой продукции, причем производство из вторсырья оказывается дешевле, чем при использовании руды. С учетом того, что потребность промышленности в ломе неуклонно растет, тогда как природные запасы сырья стремительно сокращаются, замкнутый производственный цикл является наиболее рациональным. Таким образом, каждый, кто сдает сдает лом цветмета, не только повышает собственное благосостояние, но и действует во благо общества в целом.

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.

Свойства легких металлов

Алюминий

Алюминий является металлом, идеально сочетающим в своих характеристиках легкость и прочность. Его первооткрывателем является датский физик Ганс Эрстед, который в 1825 году восстановил хлорид алюминия амальгамой калия при воздействии высоких температур, в результате чего и выделил данный металл.

Имеет характерный серебристо-белый окрас. Плотность металла составляет 2712 кг/м3. Плавится при температуре: 6580С (для технического алюминий) и 6600С (для алюминия высокой чистоты). Удельная теплота плавления алюминия – 390 кДж/кг. Закипает при температуре 2515,80С. Имеет удельную теплоемкость 897Дж/кг*К. Обладает достаточно высокой пластичностью, которая составляет 35% у технического алюминия и 50% у чистого металла.

Первым изделием, для изготовления которого был применен алюминий, стала детская погремушка. Однако, с тех далеких времен, алюминий стал достаточно распространенным материалом. В настоящее время он нашел свое широкое применение во многих сферах человеческой деятельности. Однако, наибольший процент потребления данного металла приходится на упаковочную промышленность, особенно для банок с напитками.

Также следует отметить, что алюминий активно применяется наряду со сталью и в машиностроении. В настоящее время существует огромное множество алюминиевых сплавов, которые отвечают огромному количеству определенных и необходимых требований. Среди данных сплавов можно выделить две основные группы – литейные и деформируемые. Сплавы из каждой группы также можно разделить на те, которые способны дисперсионно твердеть и те, которые не способны. Чтобы материал сделать более прочным применяются:

• наклеп;
• легирование;
• дисперсионное твердение (старение).

Для того, чтобы получить оптимальные характеристики стареющих сплавов, их необходимо подвергнуть измельчению. В связи с этим, для дисперсионного старения деформируемых сплавов используется термообработка. Ее также могут применять с целью повышения прочности.

Читайте также: Марки нержавеющей стали: расшифровка и характеристики импортных и российских марок нержавейки

Среди наиболее важных литейных сплавов стоит выделить Al-Si, которые образуют эвтектическую систему с эвтектической точкой при 11,7% Si и 5770С. Сплавы, имеющие в своем составе содержание Si в пределах 11-13% называют близкими к эвтектическим. Кроме этого, они также известны как силуминовое литье. Стоит отметить, что если охлаждение сплава с содержанием Si 13% осуществляется медленно, то первично выделяющийся твердый раствор Si образует крупные, угловатые, игольчатые кристаллы, что, в свою очередь, чревато ярко выраженной хрупкостью подобных сплавов. Одним словом, такая структура является крайне неблагоприятной. Для того, чтобы подобного не происходило, применяют облагораживание металлов – т.е. добавляют в плавку 0,1% Na. При этом происходит очищение кристаллов кремния, а также их округление и, в конечном итоге, образование тонкодиспергированной эвтектики. Благодаря подмешиванию в сплав натрия происходит снижение эвтектической температуры до 5640С.

Если же сплав охлаждается за относительно короткий промежуток времени, что происходит в кокильном литье, то происходит действие, подобное облагораживанию металлов – сдвиг эвтектической точки при помощи переохлаждения. В результате происходит образование достаточно чистой эвтектической структуры, что избавляет от необходимости облагораживания металлов путем добавления в них натрия.

Деформируемые сплавы имеют в своем составе значительно меньшее количество легирующих элементов и примесей, в отличие от литейных сплавов. Деформируемые сплавы, обычно, отвечают более высоким требованиям. В связи с этим, для их выплавки применяется металлургический алюминий. К нестареющим деформированным сплавам относятся AlMg-сплавы. Они отличаются своей высокой твердостью и прочностью по причине легирования. Данные свойства сохраняются даже при отжиге и сварке.

К высокопрочным сплавам нового поколения относятся Al-Li- сплавы.

Титан

Представляет собой легкий тугоплавкий металл с характерным серебристо-белым цветом. Отличается своей высокой устойчивостью к коррозии. Данным свойством он обязан стабильному пассивированному оксидному слою, который образуется за достаточно короткий промежуток времени при слабых средствах окисления.

Для титановых сплавов характерна высокая жаропрочность, которая может достигать 1200 – 1400Н/мм2. Именно титановые сплавы занимают ячейку между алюминиевыми сплавами и жаропрочными сталями, поскольку могут применятся до температуры 5000С, а также до 10000С при непродолжительном использовании.

Титановый сплав используется для изготовления деталей, которые подвергаются сильной нагрузке, с целью их облегчения. Например, шатуны для высокомощных двигателей изготавливаются именно из титановых сплавов. Это связано с тем, что данный материал обладает идеальным соотношением прочности на разрыв к плотности Rm/p.

Однако, для титановых сплавов характерна достаточно высокая стоимость, что препятствует их широкому применению, в отличие от Al-сплавов.

Титану, как и железу, присуще аллотропное превращение. Титан сохраняет свою гексагональную структуру до температуры 8820С.

Среди наиболее важных легирующих элементов, которыми обогащаются технические титановые сплавы, следует назвать ванадий, олово, молибден, цирконий, ниобий, а также хром и алюминий.

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 https://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.

Легкими называют металлы имеющие низкую плотность

Легкие металлы представляют собой группу материалов, отличающихся от обычных металлов своей низкой плотностью. В основном, к ним относятся алюминий, магний и титан. Их особенности позволяют использовать их в широком спектре промышленных областей, особенно тех, где важна легкость конструкций и высокая прочность материала.

Одной из основных особенностей легких металлов является их низкая плотность. Например, плотность алюминия составляет всего 2,7 г/см³, в то время как плотность стали — около 7,8 г/см³. Благодаря этому, легкие металлы обладают очень низкой массой при достаточно высокой прочности, что является их основным преимуществом.

Еще одной важной особенностью легких металлов является их химическая стойкость. Алюминий, например, обладает высокой коррозионной стойкостью, что позволяет использовать его в окружающей среде с высоким уровнем влаги, агрессивных жидкостей или атмосферной коррозии. Магний и титан также обладают высокой химической стойкостью, что делает их незаменимыми материалами во многих отраслях промышленности.

Легкие металлы широко применяются в авиационной и автомобильной промышленности, строительстве, машиностроении и других отраслях. Их легкость и прочность делают их идеальным материалом для изготовления легких и прочных конструкций, а их химическая стойкость позволяет использовать их в условиях высокой влажности и взрывоопасности. Благодаря этим особенностям, легкие металлы играют важную роль в развитии современных технологий и промышленности.

Особенности легких металлов

Легкие металлы – это группа материалов, которые имеют малую плотность по сравнению с другими металлами. Они отличаются легкостью и хорошей пластичностью, что делает их идеальными для использования в различных отраслях промышленности.

Одной из главных особенностей легких металлов является их малая плотность. Например, алюминий имеет плотность всего 2,7 г/см³, что делает его одним из самых легких металлов в мире. Благодаря этому, легкие металлы стали широко применяться в авиации, космической промышленности и других областях, где важно снизить вес конструкции и повысить энергоэффективность.

Еще одной важной особенностью легких металлов является их высокая прочность при небольшой массе. Например, титан обладает отличными прочностными характеристиками, при этом его плотность составляет всего 4,5 г/см³. Благодаря этому, титан нашел широкое применение в аэрокосмической промышленности, медицине и других отраслях, где требуется сочетание легкости и высокой прочности.

Кроме того, легкие металлы обладают высокой коррозионной стойкостью, что позволяет использовать их в условиях высокой влажности или агрессивной среды. Например, алюминий обладает неплохой устойчивостью к окислению, а магний – к агрессивным солям. Это делает легкие металлы незаменимыми материалами для создания конструкций, которые должны противостоять коррозии.

В целом, легкие металлы – это уникальные материалы, которые сочетают в себе легкость, прочность и химическую стойкость. Благодаря этим особенностям, они активно применяются во многих областях промышленности и находят все большее количество новых применений.

Плотность легких металлов

Легкие металлы отличаются низкой плотностью, что является одной из их главных особенностей. Плотность — это масса вещества, приходящаяся на единицу объема. В случае легких металлов, таких как алюминий, магний и титан, их плотность значительно ниже, чем у других материалов.

Например, у алюминия плотность составляет около 2,7 г/см³, что почти три раза меньше, чем у стали. Магний имеет еще более низкую плотность — около 1,7 г/см³. Титан, несмотря на свою прочность, также обладает низкой плотностью, примерно 4,5 г/см³.

Благодаря своей низкой плотности, легкие металлы обладают такими ценными свойствами, как легкость, малая весовая нагрузка и хорошая маневренность. Это делает их очень привлекательными для использования в различных отраслях промышленности и конструкции, где минимизация массы играет важную роль.

Свойства легких металлов

Легкие металлы – это металлические элементы, характеризующиеся низкой плотностью по сравнению с другими металлами. Они обладают рядом уникальных свойств, которые делают их востребованными в различных отраслях промышленности.

Одним из ключевых свойств легких металлов является их низкая плотность. Например, алюминий имеет плотность всего 2,7 г/см³, что делает его одним из самых легких металлов. Это свойство позволяет использовать его в производстве конструкций, где важна низкая масса.

Прочность – еще одно важное свойство легких металлов. Они обладают высокой прочностью при относительно низкой плотности. Например, магний обладает прочностью, сравнимой с некоторыми сталями, при значительно меньшей массе.

Еще одним важным свойством легких металлов является их хорошая коррозионная стойкость. Многие из них образуют на поверхности оксидные пленки, которые защищают металл от воздействия окружающей среды. Так, алюминий обладает высокой стойкостью к коррозии, что делает его идеальным материалом для использования в атмосферных условиях.

Отличная теплопроводность и электропроводность – еще одно преимущество легких металлов. Они обладают высокой теплопроводностью и электропроводностью, что делает их идеальными материалами для использования в теплотехнике и электронике.

Благодаря своим уникальным свойствам, легкие металлы находят широкое применение в различных отраслях промышленности, включая авиацию, автомобилестроение, судостроение, строительство и др. Их легкость и прочность позволяют создавать легкие и прочные конструкции, а их стойкость к коррозии и хорошая теплопроводность делают их незаменимыми в ряде отраслей.

Применение легких металлов

Алюминий:

Алюминий широко используется в авиационной, автомобильной и судостроительной отраслях благодаря своей низкой плотности и высокой прочности. Он применяется для изготовления конструкций корпусов самолетов, автомобилей и судов, что позволяет уменьшить общую массу и повысить эффективность использования топлива.

Алюминий также находит применение в производстве упаковки, такой как банки для газированных напитков и консервированных продуктов. Это связано с его устойчивостью к коррозии и легкостью обработки.

Магний:

Магний используется в авиационной и автомобильной промышленности, так как обладает высокими прочностными характеристиками при небольшой массе. Он применяется для изготовления корпусов двигателей, подвесок, колесных дисков и других структурных элементов.

Магний также применяется в производстве поршней для двигателей внутреннего сгорания, а также в производстве спортивных и легких велосипедов, винтов для судов и компонентов для электроники.

Титан:

Титан широко применяется в авиационной отрасли из-за своей высокой прочности, легкости и устойчивости к коррозии. Он используется для создания структурных элементов самолетов, включая крылья, фюзеляжи и шасси.

Титан также находит применение в медицине, особенно в стоматологии и ортопедии, благодаря своей биосовместимости и долговечности. Он используется для изготовления имплантатов, зубных крон и ортопедических конструкций.

Алюминий и его особенности

Алюминий — легкий металл, который обладает низкой плотностью. Его плотность составляет всего около 2,7 г/см³, что делает его одним из самых легких металлов. Благодаря этим свойствам, алюминий широко используется в промышленности и бытовых предметах.

Одной из главных особенностей алюминия является его высокая коррозионная стойкость. Алюминий образует защитную оксидную пленку на поверхности, которая предотвращает его дальнейшую окисляцию. Благодаря этому свойству, алюминий применяется в производстве авиационной и космической техники, а также в строительстве и морской промышленности.

Алюминий обладает высокой электропроводностью, что делает его отличным материалом для проводов и кабелей. Он также хорошо отражает тепло, поэтому используется в производстве кухонной утвари и радиаторов отопления.

Благодаря своим легким весом и прочности, алюминий активно применяется в автомобильной промышленности. Он используется для производства кузовных деталей, радиаторов, колесных дисков и других компонентов автомобилей. Алюминиевые детали позволяют снизить вес автомобиля и улучшить его топливную экономичность.

Магний и его свойства

Магний — химический элемент с атомным номером 12. Он является легким металлом с серебристо-белым цветом и характерным блеском. Магний обладает низкой плотностью – всего 1,738 г/см³, что делает его одним из самых легких металлов.

У магния высокая термическая и электропроводность. Он также отличается высокой коррозионной стойкостью, особенно в сравнении с другими легкими металлами. Магний не реагирует с водой при обычных условиях, однако быстро окисляется на воздухе, образуя покрытие оксида магния, охраняющее металл от дальнейшей коррозии.

Магний используется в различных областях. Благодаря своей легкости, он широко применяется в авиационной и автомобильной промышленности для создания легких и прочных конструкций. Магниевые сплавы используются для изготовления каркасов ракет, велосипедов, электроинструментов, спортивных снарядов и других объектов, требующих высокой прочности при небольшом весе.

Магний является также важным элементом в пищевой промышленности. Он добавляется в пищевые продукты, такие как сыры, йогурты, злаки, чтобы обеспечить нормальное функционирование организма человека. Кроме того, магний используется в металлической промышленности для производства легких и прочных сплавов и литейных изделий.

Титан и его применение

Титан – легкий металл серебристо-белого цвета, который обладает низкой плотностью и высокой прочностью. Это один из самых прочных и легких металлов, что делает его идеальным материалом для различных отраслей промышленности.

Одним из основных преимуществ титана является его коррозионная стойкость. Он устойчив к воздействию агрессивных сред, таких как кислоты, морская вода и окислители. Благодаря этому свойству титан широко используется в аэрокосмической промышленности, производстве химического оборудования и морской отрасли.

Титан также обладает высокой температурной стойкостью, что делает его не заменимым материалом для производства двигателей самолетов, ракет и реактивных двигателей. Его низкая теплопроводность позволяет использовать титан для создания защитных покрытий и обшивок, которые защищают от высоких температур.

Благодаря своей легкости и прочности, титан находит применение в авиационной и автомобильной промышленности, где он используется для создания легких и прочных деталей и компонентов. Также титан применяется в производстве спортивных товаров, особенно в велосипедах и гольф-клюшках, где его легкость и прочность позволяют повысить производительность и качество изделий.

Вопрос-ответ

Каковы особенности легких металлов?

Легкие металлы обладают низкой плотностью, что делает их легкими и прочными материалами. Они также обладают высокой теплопроводностью и химической стойкостью.

Как свойства легких металлов влияют на их применение?

Из-за своих уникальных свойств, легкие металлы широко применяются в различных отраслях. Они используются в авиации, автомобильной промышленности, строительстве, производстве электроники и даже в медицине. Благодаря низкой плотности, легкие металлы помогают снизить вес конструкций и повысить энергоэффективность.

Что такое плотность легких металлов?

Плотность легких металлов относительно низкая по сравнению с другими материалами. Например, алюминий имеет плотность около 2,7 г/см³, что примерно в три раза меньше плотности стали. Это делает алюминий и другие легкие металлы идеальными для применения в конструкциях, где важно снизить вес, при этом сохраняя прочность и надежность.

Какие еще свойства легких металлов стоит отметить?

Важными свойствами легких металлов являются высокая теплопроводность и химическая стойкость. Высокая теплопроводность позволяет легким металлам быстро и равномерно распространять тепло, что важно, например, при производстве радиаторов или элементов охлаждения. Химическая стойкость позволяет использовать легкие металлы в условиях высокой влажности, агрессивной среды или контакта с коррозионно-активными веществами.

Какие материалы относятся к легким металлам?

К легким металлам относятся алюминий, магний, титан, бериллий и их сплавы. Каждый из этих материалов имеет свои уникальные свойства и особенности применения. Например, алюминий известен своей легкостью, прочностью и коррозионной стойкостью, а магний используется благодаря своей высокой прочности и способности поглощать энергию при деформации.

Источник https://servise-svarka33.ru/metally-i-splavy/kakie-metally-otnosyatsya-k-legkim.html

Источник https://metiz-krepej.ru/metall/legkimi-nazyvayut-metally-imeyushhie-nizkuyu-plotnost