Kovy. Nejtažnější kov? Jaké jsou nejvíce tvárné kovy

Kovy (z lat. metallum - důl, důl) jsou skupinou prvků ve formě jednoduchých látek s charakteristickými kovovými vlastnostmi, jako je vysoká tepelná a elektrická vodivost, kladný teplotní koeficient odporu, vysoká tažnost a kovový lesk.

Ze 118 dosud objevených chemických prvků (ne všechny jsou oficiálně uznány) kovy zahrnují:

6 prvků ve skupině alkalických kovů,
6 ve skupině kovů alkalických zemin,
38 ve skupině přechodných kovů,
11 ve skupině lehkých kovů,
7 ve skupině polokovů,
14 ve skupině lanthanoidy + lanthan,
14 ve skupině aktinidy (fyzikální vlastnosti nebyly studovány u všech prvků) + aktinium,
mimo určité skupiny berylium a hořčík.

96 ze všech objevených prvků tedy mohou být kovy.

V astrofyzice může mít termín „kov“ jiný význam a označovat všechny chemické prvky těžší než helium

Charakteristické vlastnosti kovů

Kovový lesk (charakteristický nejen pro kovy: mají jej i nekovy jód a uhlík ve formě grafitu)
Dobrá elektrická vodivost
Možnost snadného opracování
Vysoká hustota (kovy jsou obvykle těžší než nekovy)
Vysoký bod tání (výjimky: rtuť, galium a alkalické kovy)
Velká tepelná vodivost
Nejčastěji jsou to redukční činidla v reakcích.

Fyzikální vlastnosti kovů

Všechny kovy (kromě rtuti a podmíněně francia) jsou za normálních podmínek v pevném stavu, ale mají různé tvrdosti. Níže je uvedena tvrdost některých kovů na Mohsově stupnici.

Body táníčisté kovy se pohybují od -39 °C (rtuť) do 3410 °C (wolfram). Většina kovů (kromě alkálií) má vysokou teplotu tání, ale některé „normální“ kovy, jako je cín a olovo, lze roztavit na běžném elektrickém nebo plynovém sporáku.

Záleží na hustota kovy se dělí na lehké (hustota 0,53 ÷ 5 g/cm³) a těžké (5 ÷ 22,5 g/cm³). Nejlehčím kovem je lithium (hustota 0,53 g/cm³). V současné době není možné jmenovat nejtěžší kov, protože hustoty osmia a iridia - dvou nejtěžších kovů - jsou téměř stejné (asi 22,6 g/cm³ - přesně dvojnásobek hustoty olova) a vypočítat jejich přesnou hustotu je extrémně obtížné: k tomu potřebujete kovy zcela vyčistit, protože jakékoliv nečistoty snižují jejich hustotu.

Většina kovů plastický, to znamená, že kovový drát lze ohnout, aniž by se zlomil. K tomu dochází v důsledku přemístění vrstev atomů kovu bez přerušení vazby mezi nimi. Nejtažnější jsou zlato, stříbro a měď. Ze zlata lze vyrobit folii tloušťky 0,003 mm, která se používá na zlacení výrobků. Ne všechny kovy jsou však tažné. Drát ze zinku nebo cínu při ohýbání křupe; Při deformaci se mangan a vizmut téměř vůbec neohnou, ale okamžitě se zlomí. Plasticita závisí také na čistotě kovu; Velmi čistý chrom je tedy velmi tažný, ale znečištěný i menšími nečistotami se stává křehkým a tvrdším. Některé kovy jako zlato, stříbro, olovo, hliník, osmium mohou růst společně, ale to může trvat desetiletí.

Všechny kovy jsou dobré vést elektrický proud; to je způsobeno přítomností mobilních elektronů pohybujících se pod vlivem elektrického pole v jejich krystalových mřížkách. Stříbro, měď a hliník mají nejvyšší elektrickou vodivost; z tohoto důvodu se posledně jmenované dva kovy nejčastěji používají jako drátěné materiály. Sodík má také velmi vysokou elektrickou vodivost, v experimentálních zařízeních jsou známy pokusy použít sodíkové vodiče v podobě tenkostěnných nerezových trubek plněných sodíkem. Díky nízké specifické hmotnosti sodíku se stejným odporem jsou sodíkové „dráty“ mnohem lehčí než měď a dokonce o něco lehčí než hliník.

Vysoká tepelná vodivost kovů závisí také na pohyblivosti volných elektronů. Proto je řada tepelných vodivostí podobná řadě elektrických vodivostí a nejlepším vodičem tepla, stejně jako elektřiny, je stříbro. Sodík také nachází využití jako dobrý vodič tepla; Je například všeobecně známo, že sodík se používá ve ventilech automobilových motorů pro zlepšení jejich chlazení.

Barva Většina kovů je přibližně stejná – světle šedá s namodralým nádechem. Zlato, měď a cesium jsou žluté, červené a světle žluté.

Chemické vlastnosti kovů

Na vnější elektronické úrovni má většina kovů malý počet elektronů (1-3), takže ve většině reakcí působí jako redukční činidla (to znamená, že „darují“ své elektrony)

Reakce s jednoduchými látkami

Všechny kovy kromě zlata a platiny reagují s kyslíkem. Reakce se stříbrem probíhá při vysokých teplotách, ale oxid stříbrný prakticky nevzniká, protože je tepelně nestabilní. V závislosti na kovu může výstup zahrnovat oxidy, peroxidy a superoxidy:

oxid lithný

peroxid sodný

superoxid draselný

Pro získání oxidu z peroxidu se peroxid redukuje kovem:

U středně a nízkoaktivních kovů dochází při zahřívání k reakci:

S dusíkem reagují pouze nejaktivnější kovy; při pokojové teplotě reaguje pouze lithium a tvoří nitridy:

Při zahřátí:

Všechny kovy kromě zlata a platiny reagují se sírou:

Železo při zahřívání reaguje se sírou za vzniku sulfidu:

S vodíkem reagují pouze nejaktivnější kovy, tedy kovy skupin IA a IIA kromě Be. Při zahřívání dochází k reakcím a tvoří se hydridy. Při reakcích působí kov jako redukční činidlo, oxidační stav vodíku je -1:

S uhlíkem reagují pouze nejaktivnější kovy. V tomto případě se tvoří acetylenidy nebo methanidy. Při reakci s vodou acetylenidy dávají acetylen, methanidy metan.

Plasticita je schopnost kovu se plasticky deformovat bez zborcení vlivem vnějších sil. Jedná se o jednu z důležitých mechanických vlastností kovu, která z něj v kombinaci s vysokou pevností dělá hlavní konstrukční materiál. Pro stanovení tažnosti nejsou potřeba žádné vzorky ani zařízení. Ukazatele (charakteristiky) plasticity - relativní prodloužení (delta) a zúžení
(xi).

Relativní protažení se nazývá poměr absolutního prodloužení, tj. přírůstek vypočtené délky vzorku po přetržení
, na původní návrhovou délku , mm, vyjádřeno v procentech:

%, (2)

Kde – délka vzorku po protržení, mm.

Relativní zúžení
se nazývá absolutní kontrakční poměr, tj. zmenšení plochy průřezu vzorku po prasknutí
, na původní plochu průřezu mm 2, vyjádřeno v procentech:

%, (3)

Kde – plocha průřezu vzorku po protržení, mm 2 .

Tvrdost kovů

Tvrdost je vlastnost kovu odolávat pronikání dalšího tvrdšího tělesa do něj. Pro stanovení tvrdosti není nutná výroba speciálních vzorků, zkoušky se provádějí bez zničení kovu.

Tvrdost kovu se zjišťuje přímými a nepřímými metodami: vtlačováním, škrábáním, elastickým zpětným rázem, magnetickým.

U přímých metod se do kovu vtlačuje tvrdý hrot (indentor) různých tvarů (kulička, kužel, jehlan) z kalené oceli, diamantu nebo tvrdé slitiny. Po odstranění zátěže indentoru zůstane v kovu otisk, který charakterizuje tvrdost.

Brinellova metoda. Do rovného povrchu kovu je vtlačena kalená ocelová kulička o průměru 10 mm (obrázek 2). Po sejmutí zátěže zůstane v kovu otisk (díra). Průměr tisku d se měří speciálním mikroskopem s přesností 0,05 mm. V praxi se používá speciální tabulka, u které průměr vtisku d odpovídá určitému číslu tvrdosti HB.

Průměr koule D a zatížení P nastavit v závislosti na tvrdosti a tloušťce zkoušeného kovu. Například pro ocel a litinu zatížení R= 3000 kg; D= 10 mm. Tvrdost technicky čistého železa podle Brinella je 80 - 90 jednotek.

a – podle Brinella; b – podle Rockwella

Obrázek 2 - Schéma zkoušky tvrdosti

Brinellova metoda se nedoporučuje pro kovy s tvrdostí větší než HB 450, protože kulička se může deformovat a způsobit zkreslení výsledku. Tato metoda se používá především k měření tvrdosti obrobků a polotovarů z nekaleného kovu.

Rockwellova metoda. Tvrdost je dána hloubkou vtisku. Indentor je kalená ocelová kulička o průměru 1,58 mm pro měkké kovy nebo diamantový kužel s vrcholovým úhlem 120º pro tvrdé a supertvrdé (více než HRC 70) kovy (obrázek 2, b).

Kulička a kužel jsou vtlačeny do kovu působením dvou zatížení - předběžné a hlavní. Celkové zatížení se rovná jejich součtu. Předpokládá se, že předpětí bude stejné pro všechny kovy (10 kg). Před zahájením testu je velká šipka tvrdoměru nastavena na „0“ na stupnici indikátoru a poté je zapnuto hlavní zatížení - velká šipka se pohybuje po stupnici indikátoru a ukazuje hodnotu tvrdosti.

Při lisování ocelové kuličky je zatížení 100 kg, tvrdost se měří pomocí vnitřní (červené) stupnice indikátoru, tvrdost je označena HRB. Při lisování diamantového kužele se tvrdost určuje podle šipky na vnější (černé) stupnici indikátoru. U tvrdých kovů je hlavní zatížení 150 kg. Toto je hlavní metoda měření tvrdosti kalených ocelí. Označení tvrdosti - HRC.

U velmi tvrdých a tenkých materiálů se předpokládá zatížení 60 kg. Označení tvrdosti – HRA.

Metoda tvrdosti podle Rockwella umožňuje testovat měkké a tvrdé kovy, přičemž značky od kuličky nebo kužele jsou velmi malé, takže touto metodou lze měřit i tvrdost hotových dílů. Zkušební povrch musí být vyleštěn. Měření se provádějí rychle (během 30 - 60 s), nejsou potřeba žádné výpočty, protože hodnota tvrdosti se odečítá na stupnici indikátoru tvrdoměru.

Vickersova metoda. Čtyřboká diamantová pyramida je vtlačena do zkušební plochy (broušená nebo leštěná) pod zatížením 5, 10, 20, 30, 50 nebo 100 kg. V kovu je ponechán čtvercový otisk. Pomocí speciálního tvrdoměrného mikroskopu se měří úhlopříčka tisku (obrázek 3).

Obrázek 3 - Schéma zkoušky tvrdosti podle Vickerse

Při znalosti zatížení jehlanu a úhlopříčky otisku se z tabulek určí tvrdost kovu HV.

Metoda je univerzální. Lze jím zjišťovat tvrdost dílů malé tloušťky a tenkých povrchových vrstev vysoké tvrdosti (po nitridaci, nitrocimentaci apod.) Čím tenčí kov, tím menší zatížení pyramidy by mělo být, ale při velkém zatížení výsledek je přesnější.

Než zjistíte, který prvek z periodické tabulky je oceněn titulem „nejtažnější kov“, musíte jasně pochopit, co je tažnost. To je jedna z fyzikálních vlastností spojených se strukturou kovu.

Plasticita je schopnost získat nový tvar, aniž by došlo k porušení iontových vazeb. V praxi je výsledkem plasticity dobrá kujnost, díky které lze kovy využít v průmyslu, medicíně, elektrotechnice i domácnostech. Ze 126 prvků v periodické tabulce je zlato uznáváno jako nejtažnější kov. Díky dnešním technologiím se dá vytáhnout do nejtenčí nitě, která nebude pro lidské oko vidět.

Vlastnosti kovů

Proč dávají výrobci a opraváři šperků zlato na první místo? Za prvé je to dáno jeho vynikající tažností: z 1 gramu kovu lze vytáhnout drát dlouhý až 3 kilometry, zlaté ingoty se vykují do plechů, jejichž tloušťka se měří v desetitisícinách milimetru. Kopule chrámů jsou pokryty tímto zlatem, říká se mu list. Vypadá to docela zajímavě: při vystavení světlu dává modrozelený odstín.

Čisté zlato se může rozpustit v aqua regia. Tak se nazývá směs dvou koncentrovaných kyselin: dusičné a chlorovodíkové. Nejtažnější kov v tabulce je číslo 79, bod tání je 1064 °C, hustota je 19,32 g/cm3. Z hlediska tepelné vodivosti a elektrického odporu je zlato na druhém místě za stříbrem a mědí.

Zlato ve své čisté podobě je příliš měkké, proto se šperky obvykle vyrábějí ze slitin. Nejčastěji se do zlata přidává stříbro nebo měď. Přemýšleli jste někdy, co znamená „test“ na špercích? Toto je obsah čistého zlata v promile. Ryzost 999 je považována za čisté zlato.

aplikace

Zlato je odedávna využíváno jako investiční předmět, navíc našlo aktivní uplatnění v klenotnictví.

V mnoha zemích byly zlaté mince používány jako peníze. Přesto byla jako světová měna uznána až v 19. století. V roce 1922 se v Rusku objevily v oběhu bankovky s obsahem zlata, zvané „chervonets“. Jedna bankovka odpovídala 10 zlatým rublům starých mincí.

Zlato je nejběžnějším materiálem používaným při výrobě šperků. Čím vyšší je ryzost zlata, tím lepší bude mít materiál odolnost proti korozi, stříbro a měď dodávají výrobku pevnost a různé odstíny barev.

Tažnost je mírou schopnosti kovu odolávat tahovému namáhání – jakékoli síle, která odtáhne dva konce materiálu od sebe. Hra přetahování lanem slouží jako dobrý příklad pevnosti v tahu aplikované na lano. Plasticita je plastická deformace vyplývající z takových deformací. Pojem "tažný" doslova znamená, že kovová látka se může natáhnout do tenkého drátu a během procesu nezeslábne ani nezkřehne.

Kovy s vysokou nebo nízkou tažností

Kovy s vysokou tažností, jako je měď, mohou být taženy do dlouhých tenkých drátů bez porušení. Měď byla historicky vynikajícím vodičem elektřiny, ale kov může vést téměř cokoliv. Kovy s nízkou tažností, jako je vizmut, místo toho prasknou, když jsou vystaveny tahovému napětí.

Pevnost a ohebnost

Naproti tomu kujnost je mírou schopnosti kovu odolávat tlaku, jako je náraz, válcování nebo vytlačování. Ačkoli se tyto dva koncepty mohou na povrchu zdát podobné, kovy, které jsou tažné, nemusí být nutně kujné. Běžným příkladem rozdílu mezi těmito dvěma vlastnostmi je olovo, které je vysoce kujné, ale díky své krystalické struktuře není příliš tažné. Krystalová struktura kovů určuje, jak se budou deformovat pod napětím.

Atomové částice, které mohou matující kovy deformovat pod napětím, po sobě buď kloužou, nebo jsou od sebe odtahovány.

Krystalová struktura více tažných kovů umožňuje atomům kovu, aby se dále roztahovaly, což je proces zvaný „twinning“. Tažnější kovy jsou takové, které se snadněji uzavírají a také se snadněji deformují v jiných směrech.

Vliv teploty

S teplotou souvisí i plasticita kovů.

Když jsou kovy zahřívány, obvykle se stávají méně křehkými, což má za následek plastickou deformaci. Jinými slovy, většina kovů se při zahřívání stává tažnější a lze je snadněji vtáhnout do drátů, aniž by se zlomily. Certifikát je výjimkou z tohoto pravidla, protože při zahřívání se stává křehčí.

Jaké jsou nejvíce tvárné kovy?

Zatímco je obtížné srovnávat tažnost mezi kovy, zlato a platina jsou považovány za nejtažnější. Říká se, že zlato se dá táhnout do drátů tak krásně, že jedna unce kovu může dosáhnout až padesáti kilometrů.

nejtažnější kov?

Indium
hliník
Alkalické kovy jsou nejtažnější.
Sodík. Můžete ji odříznout nožem a srolovat lahví do fólie.
Ten, ze kterého je vyrobena nosní kapotáž raket.
Zlato.
A také bobbit a olovo (po zlatě). Zlato je zapsáno v Guinessově knize rekordů jako jeden z nejtažnějších kovů.
Ze zlata z 1g hmoty lze vyrobit šipku dlouhou 2,4 km
vše závisí na teplotě.
Merkur, i když je za normálních podmínek
kapalina, lze jen stěží nazvat plastem kvůli extrémně vysoké
koeficient povrchového napětí)), ale to je blíže vtipu.
Plast není ten, který nepruží, ale ten, který
který nepodléhá prasknutí a má nevratnou tekutost. Proto je zlato, které lze vyválet do průhledného listu, jedním z nejtažnějších a jeho chemická neutralita mu umožňuje zůstat po dlouhou dobu neporušená.
Plastičnost zlata se projevuje i v tom, že může difundovat v pevné formě spolu s olovem. Dvě desky položené na sebe pod tlakem po dlouhou dobu pronikají jedna druhou a rostou spolu.