Vă puteți imagina prezentul sau viitorul nostru fără metale importante precum argintul, aurul, titanul și fierul? Nu ar fi prea mult de gândit. Aceste metale au jucat un rol important în modelarea trecutului nostru și acum funcționează ca fundație pe care ne construim viitorul.
Aproape fiecare mineral sau metal găsit pe Pământ este valoros pentru oameni într-un fel sau altul, dar doar câteva metale sunt extrem de importante. Metalele pure sunt, de obicei, moi sau slabe pentru a fi utile, însă includerea altor metale și impurități le face mult mai puternice. Mai jos, am întocmit o listă cu cele mai puternice metale găsite pe Pământ.
Înainte de a începe, există câteva lucruri cu care ar trebui să vă familiarizați;
Modulul lui Young: Este o măsură a elasticității materialului, sau pur și simplu relația dintre tensiune și deformare.
Rezistența la curgere: Rezistența/tensiunea de curgere definește limita maximă de tensiune a materialului după care acesta începe să prezinte un comportament plastic.
Notă: În această listă nu am inclus aliaje importante, dar sunt luate în considerare versiunile impure ale metalelor naturale.
12. Plumb
Plumbul electrolitic și o unitate de un cm3
Modulul lui Young: 16 GPa
Rezistența la tracțiune: 12-17 MPa
Chiar dacă plumbul este relativ moale, punctul său scăzut de topire și rezistența ridicată la coroziune îl fac un element foarte dorit în diverse industrii. Pe Pământ, plumbul este unul dintre elementele care se găsesc în mod obișnuit alături de sulf. În prezent, este un fapt bine acceptat că plumbul era cunoscut de oameni, chiar înainte de 6000 î.Hr. și a fost probabil folosit pentru topirea metalelor.
Cea mai frecventă utilizare a plumbului este pentru fabricarea diferitelor tipuri de aliaje. Este, de asemenea, utilizat ca agent colorant, oxidant, în materiale plastice, lumânări, sticlă și semiconductori. A fost folosit pentru fabricarea gloanțelor încă din Evul Mediu.
11. Staniu
Staniu topit solidificat | Image Courtesy: Jurii
Modulul Young: 50 GPa
Rezistența la curgere: 9-14 MPa
Rezistența la tracțiune: 15 MPa
Din punct de vedere fizic, staniul poate fi caracterizat ca un metal moale, alb-argintiu, care este atât ductil, cât și maleabil. La temperatura camerei, rămâne în mare parte neafectat de coroziune și oxidare.
Staniul este utilizat cel mai mult în aliaje, un exemplu notabil fiind aliajele de lipitură moale staniu-plumb, care constă în mod normal din 60 % sau mai mult de staniu. Datorită toxicității sale scăzute, conserva metalică placată cu staniu este populară în industria ambalajelor alimentare.
Este al 49-lea cel mai abundent element natural de pe Pământ.
10. Aluminiu
O bucată de aluminiu
Modulul Young: 70 GPa
Rezistența la curgere: 15-20 MPa
Rezistența la tracțiune: 40-50 MPa
Aluminiul are calități specifice care îl fac să fie un produs important pentru societatea modernă. Este unul dintre cele mai utilizate metale neferoase din lume. Aproximativ 8% din scoarța terestră este formată din aluminiu, în timp ce concentrația acestuia în sistemul solar este de 3,15 ppm (părți pe milion).
Datorită densității sale scăzute și rezistenței la coroziune, aluminiul este un element-cheie în industria aerospațială și în cea a infrastructurii. În timp ce aluminiul pur are o limită de elasticitate de aproximativ 15-20 MPa, aliajele sale sunt mult mai rezistente și au limite de elasticitate de la 200 MPa la 600 MPa.
9. Aur
Pepită de aur din Australia | Image Courtesy: James St. John/Flickr
Modulul Young: 70 GPa
Rezistența la tracțiune: 100 MPa
Aurul este unul dintre cele mai prețioase și mai căutate minerale de pe pământ. Este atât foarte ductil, cât și maleabil. Înțelegerea noastră științifică actuală este că aurul și alte elemente grele s-ar fi putut forja în supernove și în alte cariere cosmice.
Metalul este utilizat pe scară largă în bijuterii, electronică și medicină. Din punct de vedere istoric, aurul a fost utilizat pentru uz monetar. Aproximativ 10% din producția totală de aur din lume este destinată industriei electronice/semiconductoare, unde este folosit pentru fabricarea de componente rezistente la coroziune.
8. Argint
Argint
Modulul Young: 83 GPa
Rezistența la tracțiune: 170 MPa
Unul dintre metalele prețioase, argintul este vital pentru multe industrii de mare valoare. Are cea mai mare conductivitate electrică și termică dintre toate metalele, chiar și a cuprului. Din cauza costurilor mai ridicate, metalul este utilizat doar în câteva industrii, cum ar fi cea electronică. Placarea cu argint a diferitelor circuite și dispozitive semiconductoare este esențială pentru buna lor funcționare.
În afară de electronice și bijuterii, argintul este utilizat cu ușurință ca un strat de acoperire antibiotic în aparatele medicale. Este, de asemenea, un catalizator preferat pentru cel mai mult procesul de oxidare. Aproximativ 13.000 de tone de argint au fost folosite pentru îmbogățirea uraniului în timpul celui de-al Doilea Război Mondial.
7. Titan
Modulul Young: 120 GPa
Rezistența la curgere: 100-225 MPa
Rezistența la tracțiune: 246-370 MPa
Titanul este unul dintre cele zece metale cele mai abundente din scoarța terestră și se găsește în majoritatea rocilor igneice sub formă de oxizi. Metalul are un raport rezistență ridicată în raport cu greutatea, un punct de topire ridicat și o conductivitate electrică relativ scăzută în comparație cu majoritatea celorlalte metale.
Titanul este utilizat în principal ca element de aliere în diferite tipuri de aliaje pentru a obține o rezistență și o putere mai mari. Datorită proprietății sale de rezistență ridicată la coroziune și a rezistenței la tracțiune, titanul a devenit un material de bază în industria aerospațială și navală.
6. Cromul
Minereu de cromit
Modulul Young: 140 GPa
Rezistența la tracțiune: 282 MPa
Este dur, lucios și are unul dintre cele mai înalte puncte de topire dintre toate metalele din scoarța terestră. Cromul este cunoscut pentru proprietățile sale magnetice neobișnuite; prezintă proprietăți antiferomagnetice la temperatura camerei, dar peste 38 °C se transformă în metal paramagnetic.
Cromul este al 22-lea cel mai abundent element găsit pe Pământ și este extras în principal din minerale terestre, cum ar fi Kimberlita.
Aproape 85 % din cantitatea de crom extrasă este utilizată pentru producerea de aliaje metalice, iar restul este folosit pentru vopsire, acoperire, producerea de materiale refractare și ca catalizator pentru prelucrarea hidrocarburilor.
5. Cupru
Ustensile vechi din cupru în Ierusalim
Modulul lui Young: 130 GPa
Rezistența la curgere: 117 MPa
Rezistența la tracțiune: 210 MPa
Cuprul este unul dintre foarte puținele elemente care apar în mod natural într-o formă metalică utilizabilă, care nu trebuie extrasă din niciun minereu mineral. Datorită acestei caracteristici, oamenii au putut utiliza cuprul încă dinainte de 7000 î.Hr. Apoi, în 3500 î.Hr., cuprul a fost aliat cu staniu pentru a produce bronzul. A fost pentru prima dată în istoria omenirii când un metal a fost aliat cu un altul.
Știați că un om mediu transportă în jur de 1,4 până la 2,1 mg de cupru pe kg de greutate. Acumularea excesivă de cupru în ficat poate duce la leziuni hepatice grave și la simptome neuropsihice. Această afecțiune este cunoscută sub numele de boala Wilson.
O mare parte din producția totală de cupru la nivel mondial este utilizată în firele de cablu și în circuitele electrice. Alte aplicații ale cuprului includ instalații sanitare și acoperișuri.
4. Nichel
O bară de nichel
Modulul Young: 170 GPa
Rezistența la curgere: 140-350 MPa
Rezistența la tracțiune: 140-195 MPa
Nichelul, un metal de tranziție, este vital pentru producția de aliaje, deoarece aproape 68% din producția mondială totală de nichel este utilizată în oțelul inoxidabil. Alte utilizări ale nichelului includ galvanizarea, producția de baterii reîncărcabile și baterea de monede.
În natură, nichelul apare mai ales în minerale cu cantități mari de sulf sau arsenic, cum ar fi nickeline, pentlandita și mileritul. Indonezia este cel mai mare producător de nichel din lume, urmată de Filipine și Rusia.
Nichelul are, de asemenea, un rol biologic la om și la microorganisme, inclusiv la ciuperci și eubacterii. O cercetare realizată în 2014 a descoperit că pacienții care suferă de diabet de tip 2 prezintă o concentrație ridicată de nichel în sânge în comparație cu cei care nu au această boală.
3. Tantal
Minereu de tantalit
Modulul Young: 186 GPa
Rezistența la curgere: 180 MPa
Rezistența la tracțiune: 200 MPa
În afară de faptul că tantalul este un metal puternic, este, de asemenea, unul dintre cele mai dense materiale de pe Pământ. Tantalumul este cunoscut pentru capacitatea sa de a rezista la coroziune, atât de mult încât poate rezista la o apă regală foarte corozivă la temperaturi sub 150°C.
Elementul aparține unui anumit grup de metale extrem de rezistente la căldură, cunoscute sub numele de metale refractare. Aceste metale, deși în proporții mici, sunt utilizate pe scară largă în producția de diverse aliaje.
Citește și: 15 cele mai dense materiale de pe Pământ | Densitatea volumetrică masică
Tantal este, de asemenea, utilizat în sectorul electronic pentru a produce condensatori durabili și rezistenți pentru telefoane, calculatoare personale, camere foto și diverse dispozitive pentru automobile.
2. Fier/Acțiune
Un cuptor de oțel
Modulul Young: 186 GPa
Rezistența la curgere: 180 MPa
Rezistența la tracțiune: 200 MPa
Fierul constituie cea mai mare parte a miezului Pământului și este al patrulea cel mai abundent element din scoarță. Elementul în forma sa pură este slab, dar este ușor de combinat cu alte elemente pentru a produce aliaje de fier, cum ar fi fonta și oțelul, datorită robusteții și costului relativ scăzut.
Oțelurile moderne pot fi clasificate în linii mari în patru varietăți: oțel carbon, oțel slab aliat, oțel slab aliat de înaltă rezistență și oțel aliat. În timp ce oțelul carbon este compus în cea mai mare parte din fier și carbon, celelalte tipuri de oțel poartă cantități variabile de alte elemente, cum ar fi manganul, molibdenul, cromul sau nichelul.
Oțelul este utilizat cel mai des în echipamentele grele și în industria construcțiilor. În ciuda apariției aluminiului, oțelul rămâne vital pentru fabricarea caroseriilor auto.
1. Tungsten
Filament de tungsten în interiorul unei lămpi
Modulul Young: 411 GPa
Rezistența la curgere: 550 MPa
Rezistența la tracțiune: 550-620 MPa
Tungstenul este cunoscut pentru cel mai înalt punct de topire și pentru robustețea sa de neegalat. A fost descoperit sub formă de acid pentru prima dată în 1781 de către chimistul suedez Carl Scheele.
Studii ulterioare i-au determinat pe doi oameni de știință spanioli, Fausto și Jose Elhuyar, să descopere același acid din mineralul Wolframite, din care au izolat ulterior tungstenul cu ajutorul cărbunelui.
Citește și: 26 cele mai rezistente materiale cunoscute de om
În afară de utilizarea sa pe scară largă în filamentele becurilor, capacitatea tungstenului de a funcționa în condiții de căldură extremă îl face unul dintre cele mai dorite elemente pentru industria de armament.
În timpul celui de-al Doilea Război Mondial, acesta a avut un rol major în inițierea unor înțelegeri economice și politice între țările europene. Fiind cel mai mare producător de tungsten din acea regiune, Portugalia a căpătat o importanță parțială din ambele părți.
Metalul este folosit, de asemenea, pentru a construi aliaje dure și în industria aerospațială pentru a fabrica duze de rachete.
