Плотность или точнее, объемная массовая плотность вещества представляет собой его массу на единицу объема (обозначается в кг/м
3
).
В космосе самый плотный объект, наблюдаемый до настоящего времени, является нейтронной звездой - коллапсирующим ядром массивной звезды, масса которой в два раза больше массы Солнца.
Но как насчет Земли?
Какой самый плотный материал на Земле?
1. Осмий, Плотность: 22,59 г/см3
Осмий, пожалуй, самый плотный природный элемент на Земле, который относится к драгоценной платиновой группе металлов. Это блестящее вещество имеет вдвое большую плотность свинца и чуть больше, чем у иридия. Впервые он был открыт Смитсоном Теннантом и Уильямом Хайдом Волластоном еще в 1803 году, когда они впервые изолировали этот стабильный элемент от платины Он в основном используется в материалах, где чрезвычайно важна высокая прочность.
2. Иридий, Плотность: 22,56 г/см3
Иридий - твердый, блестящий и один из самых плотных переходных металлов в платиновой группе. Он также является самым устойчивым к коррозии металлом, известным до настоящего времени, даже при экстремальных температурах 2000 ° C. Он был открыт в 1803 году Смитсоном Теннантом среди нерастворимых примесей в природной платине.
3. Платина, Плотность: 21,45 г/см3
Платина является чрезвычайно редким металлом на Земле со средним содержанием 5 микрограммов на килограмм. Южная Африка является крупнейшим производителем платины с 80% мирового производства, а также небольшим вкладом США и России. Это плотный, пластичный и нереактивный металл.
Помимо символа престижа (ювелирные изделия или любые аналогичные аксессуары), платина используется в различных областях, таких как автомобильная промышленность, где она используется для производства устройств контроля выбросов автомобилей и для переработки нефти. Другие малые области применения включают, например, медицину и биомедицину, оборудование для производства стекла, электроды, противоопухолевые препараты, датчики кислорода, свечи зажигания.
4. Рений, Плотность:21,2 г/см 3
Элемент Рений назван в честь реки Рейн в Германии после того, как он был обнаружен тремя немецкими учеными в начале 1900-х годов. Как и другие металлы платиновой группы, рений также является драгоценным элементом Земли и имеет вторую самую высокую температуру кипения, третью самую высокую температуру плавления любого известного элемента на Земле.
Из-за таких экстремальных свойств рений (в виде суперсплавов) широко используется в лопатках турбин и движущихся соплах практически всех реактивных двигателей во всем мире. Это также один из лучших катализаторов риформинга нафты (жидкой углеводородной смеси), изомеризации и гидрирования.
5. Плутоний, Плотность: 19,82 г/см3
В настоящее время плутоний является самым плотным радиоактивным элементом в мире. Впервые он был выделен в лаборатории Калифорнийского университета в 1940 году , когда исследователи взорвали уран-238 в огромном циклотроне. Затем первое крупное применение этого смертоносного элемента в Манхэттенском проекте, где значительное количество плутония было использовано для детонации «Толстяка», ядерного оружия примененного в японском городе Нагасаки.
6. Золото, Плотность: 19,30 г/см3
Золото является одним из самых ценных, популярных и востребованных металлов на Земле. Мало того, что, согласно нынешнему пониманию, золото на самом деле происходит от взрывов сверхновых в далеком космосе. Согласно периодической таблице, золото принадлежит к группе из 11 элементов, известных как переходные металлы.
7. Вольфрам, Плотность: 19,25 г/см3
Наиболее распространенное использование вольфрама в лампах накаливания и рентгеновских трубах, где его высокая температура плавления важна для эффективной работы в условиях сильной жары. В чистом виде его температура плавления, пожалуй, самая высокая из всех металлов, найденных на Земле. Китай является крупнейшим производителем вольфрама в мире, затем следуют Россия и Канада.
Его чрезвычайно высокая прочность на растяжение и относительно небольшой вес также сделали его подходящим материалом для производства гранат и снарядов, где он легируются другими тяжелыми металлами, такими как железо и никель.
8. Уран, Плотность: 19,1 г/см3
Как и торий, уран также слабо радиоактивен. Естественно, уран содержится в трех разных изотопах: уран-238, уран-235 и реже уран-234. Существование такого элемента было впервые обнаружено еще в 1789 году, но его радиоактивные свойства были открыты только в 1896 году Эженом-Мельхиором Пелиго, и его практическое использование впервые было применено в 1934 году.
9. Тантал, Плотность: 16,69 г/см3
Тантал относится к тугоплавкой группе металлов, которая составляет незначительную долю в различных типах сплавов. Он твердый, редкий и обладает высокой устойчивостью к коррозии, что делает его идеальным материалом для высокопроизводительных конденсаторов, которые идеально подходят для домашних компьютеров и электроники.
Другое важное применение тантала - в хирургических инструментах и в
имплантатах тела
из-за его способности непосредственно связываться с твердыми тканями внутри нашего тела.
10. Ртуть, Плотность: 13,53 г/см 3
На мой взгляд, ртуть является одним из самых интересных элементов периодической таблицы. Это один из двух твердых элементов, который становится жидким при нормальной комнатной температуре и давлении, а другой - бром. Температура замерзания составляет -38,8 ° C, а кипения - около 356,7 ° C.
Человек всегда стремился отыскать материалы, которые не оставляют никаких шансов своим конкурентам. Издревле учёные искали самые твердые материалы в мире , самые лёгкие и самые тяжелые. Жажда открытий привела к открытию идеального газа и идеально чёрного тела. Представляем вам самые удивительные вещества в мире.
1. Самое черное вещество
Самое чёрное вещество в мире называется Vantablack и состоит из совокупности углеродных нанотрубок (см. углерод и его аллотропные модификации). Проще говоря, материал состоит из бесчисленного множества «волосков», попав в которые, свет отскакивает от одной трубки к другой. Таким образом поглощается около 99,965% светового потока и лишь ничтожная часть отражается обратно наружу.
Открытие Vantablack открывает широкие перспективы применения этого материала в астрономии, электронике и оптике.
2. Самое горючее вещество
Трифторид хлора является самым горючим веществом из когда-либо известных человечеству. Является сильнейшим окислителем и реагирует практически со всеми химическими элементами. Трифторид хлора способен прожечь бетон и легко воспламеняет стекло! Применение трифторида хлора практически невозможно из-за его феноменальной воспламеняемости и невозможности обеспечить безопасность использования.
3. Самое ядовитое вещество
Самый сильный яд — это ботулотоксин. Мы знаем его под названием ботокс, именно так он называется в косметологии, где нашел свое основное применение. Ботулотоксин — это химическое вещество, которое выделяют бактерии Clostridium botulinum. Помимо того, что ботулотоксин — самое ядовитое вещество, так он ещё и обладает самой большой молекулярной массой среди белков. О феноменальной ядовитости вещества говорит тот факт, что достаточно всего 0,00002 мг мин/л ботулотоксина, чтобы на полдня сделать зону поражения смертельно опасной для человека.
4. Самое горячее вещество
Это, так называемый, кварк-глюонная плазма. Вещество было создано с помощью столкновением атомов золота при почти световой скорости. Кварк-глюонная плазма имеет температуру 4 триллиона градусов Цельсия. Для сравнения, этот показатель выше температуры Солнца в 250 000 раз! К сожалению, время жизни вещества ограничено триллионной одной триллионной секунды.
5. Самая едкая кислота
В этой номинации чемпионом становится фторидно-сурьмяная кислота H. Фторидно-сурьмяная кислота в 2×10 16 (двести квинтиллионов) раз более едкая, чем серная кислота. Это очень активное вещество, которое может взорваться при добавлении небольшого количества воды. Испарения этой кислоты смертельно ядовиты.
6. Самое взрывоопасное вещество
Самое взрывоопасное вещество — гептанитрокубан. Он очень дорогой и применяется лишь для научных исследований. А вот чуть менее взрывоопасный октоген успешно применяется в военном деле и в геологии при бурении скважин.
7. Самое радиоактивное вещество
«Полоний-210» — изотоп полония, который не существует в природе, а изготавливается человеком. Используется для создания миниатюрных, но в тоже время, очень мощных источников энергии. Имеет очень короткий период полураспада и поэтому способен вызывать тяжелейшую лучевую болезнь.
8. Самое тяжёлое вещество
Это, конечно же, фуллерит. Его твердость почти в 2 раза выше, чем у натуральных алмазов. Подробнее о фуллерите можно прочитать в нашей статье Самые твердые материалы в мире .
9. Самый сильный магнит
Самый сильный магнит в мире состоит из железа и азота . В настоящее время, широкой общественности недоступны детали об этом веществе, однако уже сейчас известно, что новый супер-магнит на 18% мощнее самых сильных магнитов применяющихся сейчас — неодимовых. Неодимовые магниты изготавливаются из неодима, железа и бора.
10. Самое текучее вещество
Сверхтекучий Гелий II почти не имеет вязкости при температурах близких к абсолютному нулю. Этим свойством обусловлено его уникальное свойство просачиваться и выливаться из сосуда, изготовленного из любого твёрдого материала. Гелий II имеет перспективы использования в качестве идеального термопроводника, в котором не рассеивается тепло.
Среди веществ всегда стараются выделить самые те, которые обладают самой крайней степенью определенного свойства. Людей всегда привлекали самые твердые материалы, самые легкие или тяжелые, легко- и тугоплавкие. Мы изобрели понятие идеального газа и идеально черного тела, а потом пытались найти максимально приближенные к этим моделям природные аналоги. В результате человеку удалось найти или создать удивительные вещества.
1. Самое черное вещество
Это вещество способно поглощать до 99,9% света, практически идеальное черное тело. Его получили из особым образом соединенных слоев углеродных нанотрубок. Поверхность полученного материала шероховатая и практически не отражает свет. Области применения для такого вещества обширны - от суперпроводниковых систем до улучшения свойств оптических систем. Например, за счет применения подобного материала удалось бы поднять качество телескопов и намного повысить эффективность солнечных батарей.
2. Наиболее горючее вещество
Мало кто не слышал про напалм. Но это только один из представителей класса сильных горючих веществ. К ним относится и стирофом, и особенно трифторид хлора. Этот сильнейший окислитель может воспламенить даже стекло, бурно реагирует практически со всеми неорганическими и органическими соединениями. Известны случаи, когда пролитая тонна трифторида хлора в результате пожара прожгла вглубь на 30 сантиметров бетонное покрытие площадки и еще метровую гравийно-песчаную подушку. Были попытки использовать вещество в качестве боевого отравляющего или ракетного топлива, но их оставили из-за слишком большой опасности.
3. Ядовитейшее вещество
Сильнейший яд на земле является одновременно и одним из самых популярных косметических средств. Речь идет о ботулотоксинах, в косметологии применяемых под названием ботокс. Это вещество является продуктом жизнедеятельности бактерий Clostridium botulinum и обладает наибольшей молекулярной массой среди белков. Именно этим обусловлены его свойства как самого сильного ядовитого вещества. Достаточно 0,00002 мг.мин/л сухого вещества, что бы сделать на 12 часов зону поражения смертельной для человека. Кроме того это вещество прекрасно впитывается со слизистых и вызывает сильнейшие неврологические симптомы.
4. Самое горячее вещество
В глубинах звезд горят ядерные костры, достигая немыслимых температур. Но человеку удалось приблизиться к этим цифрам, получив кварк-глюонный «суп». Это вещество имеет температуру 4 триллиона градусов Цельсия, что в 250тысяч раз горячее Солнца. Оно получено при столкновении на почти световой скорости атомов золота, в результате чего были расплавлены нейтроны и протоны. Правда, просуществовало это вещество всего триллионную одной триллионной секунды и занимало одну триллионную сантиметра.
В данной номинации рекордсменом становится фторидно-сурьмяная кислота. Она в 21019 раз более едкая, чем серная кислота, способна проплавить стекло и взорваться при добавлении воды. К тому же она выделяет смертельно ядовитые испарения.
6. Самое взрывоопасное вещество
Октоген является самым сильным взрывчатым веществом, к тому же стойким к высоким температурам. Именно это делает его незаменимым в военном деле - для создания кумулятивных зарядов, пластитов, мощной взрывчатки, наполнителей для запалов ядерных зарядов. Также октоген применяют и в мирных целях, например при бурении высокотемпературных газовых и нефтяных скважин, а также как компонент твердого ракетного топлива. Есть у октогена и аналог гептанитрокубан, имеющий еще большую взрывную мощь, но и более дорогой, а потому применяемый больше в лабораторных условиях.
7. Самое радиоактивное вещество
Это вещество не имеет в природе стабильных изотопов, при этом генерирует огромное количество радиоактивного излучения. Одни из изотопов, «полоний-210», используется для создания очень легких, компактных и при этом мощнейших нейтронных источников. Кроме того в сплавах с некоторыми металлами полоний используют для создания источников тепла для атомных установок, в частности подобные устройства используют в космосе. При этом из-за короткого полураспада этого изотопа он является высокотоксичным веществом, способным вызвать тяжелую лучевую болезнь.
8. Самое тяжёлое вещество
В 2005 году немецкие ученые сконструировали вещество виде алмазного наностержня. Он представляет собой набор алмазов в наномасштабе. У такого вещества наименьшая степень сжатия и наибольшая удельная плотность из известных человечеству. Кроме того, покрытие из подобного материала будет обладать огромной износостойкостью.
9. Самое сильное магнитное вещество
Еще одно создание специалистов из лабораторий. Оно было получено на основе железа и азота в 2010. Пока детали держат в секрете, так как предыдущее вещество в 1996 году не удалось повторно воспроизвести. Но уже известно, что рекордсмен обладает на 18% более сильными магнитными свойствами, чем самый близкий аналог. Если этого вещество станет доступным в промышленных масштабах, то можно ожидать появления мощнейших электромагнитных двигателей.
10. Наиболее сильная сверхтекучесть
Гелий II имеет высокую термопроводимость и полное отсутствие вязкость при экстремально низких температурах, то есть проявляет свойство сверхтекучести. Он способен просачиваться через твердые материалы, самопроизвольно выливаться из любого контейнера. Это вещество может стать идеальным термопроводником, в котором тепло движется скорее как волна и не рассеивается.
Использовано:За городом
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.
Среди диковинок, скрытых в глубинах вселенной, вероятно, навсегда сохранит одно из значительных мест небольшая звёздочка близ Сириуса. Эта звезда состоит из вещества, в 60 000 раз более тяжёлого, нежели вода! Когда мы берём в руки стакан ртути, нас удивляет его грузность: он весит около 3 кг. Но что сказали бы мы о стакане вещества, весящем 12 т и требующем для перевозки железнодорожной платформы? Это кажется абсурдом, а между тем таково одно из открытий новейшей астрономии.
Открытие это имеет длинную и в высшей степени поучительную историю. Уже давно было замечено, что блистательный Сириус совершает своё собственное движение среди звёзд не по прямой линии, как большинство других звёзд, а по странному извилистому пути. Чтобы объяснить эти особенности его движения, известный астроном Бессель предположил, что Сириуса сопровождает спутник, своим притяжением «возмущающий» его движение. Это было в 1844 г. — за два года до того, как был открыт Нептун «на кончике пера». А в 1862 г., уже после смерти Бесселя, догадка его получила полное подтверждение, так как заподозренный спутник Сириуса был усмотрен в телескоп.
Спутник Сириуса — так называемый «Сириус В» — обращается около главной звезды в 49 лет на расстоянии, в 20 раз большем, чем Земля вокруг Солнца (т. е. примерно на расстоянии Урана). Это — слабая звёздочка восьмой-девятой величины, но масса её весьма внушительна, почти 0,8 массы нашего Солнца. На расстоянии Сириуса наше Солнце должно было бы светить звездой 1,8-й величины; поэтому если бы спутник Сириуса вмел поверхность, уменьшенную по сравнению с солнечной в соответствии с отношением масс этих светил, то при той же температуре он должен был бы сиять, как звезда примерно второй величины, а не восьмой-девятой. Столь слабую яркость астрономы первоначально объясняли низкой температурой на поверхности этой звезды; её рассматривали как остывающее солнце, покрывающееся уже твёрдой корой.
Но такое допущение оказалось ошибочным. Удалось установить, что скромный спутник Сириуса — вовсе не угасающая звезда, а напротив, принадлежит к звёздам с высокой поверхностной температурой, гораздо более высокой, чем у нашего Солнца. Это совершенно меняет дело. Слабую яркость приходится, следовательно, приписать только малой величине поверхности этой звезды. Вычислено, что она посылает в 360 раз меньше света, чем Солнце; значит, поверхность её должна быть по крайней мере в 360 раз меньше солнечной, а радиус в j/360, т. е. в 19 раз, меньше солнечного. Отсюда заключаем, что объём спутника Сириуса должен составлять менее чем 6800-ю долю объёма Солнца, между тем как масса его составляет почти 0,8 массы дневного светила. Уже это одно говорит о большой уплотнённости вещества этой звезды. Более точный расчёт даёт для диаметра планеты всего 40 000 км, а следовательно, для плотности — то чудовищное число, которое мы привели в начале раздела: в 60 000 раз больше плотности воды.
«Навострите уши, физики: замышляется вторжение в вашу область», — приходят на память слова Кеплера, сказанные им, правда, по другому поводу. Действительно, ничего подобного не мог представить себе до сих пор ни один физик. В обычных условиях столь значительное уплотнение совершенно немыслимо, так как промежутки между нормальными атомами в твёрдых телах слишком малы, чтобы допустимо было сколько-нибудь заметное сжатие их вещества. Иначе обстоит дело в случае «изувеченных» атомов, утративших те электроны, которые кружились вокруг ядер. Потеря электронов уменьшает поперечник атома в несколько тысяч раз, почти не уменьшая его веса; обнажённое ядро меньше нормального атома примерно во столько раз, во сколько муха меньше крупного здания. Сдвигаемые чудовищным давлением, господствующим в недрах звёздного шара, эти уменьшенные атомы-ядра могут сблизиться в тысячи раз теснее, чем нормальные атомы, и создать вещество той неслыханной плотности, какая обнаружена на спутнике Сириуса.
После сказанного не будет казаться невероятным открытие звезды, средняя плотность вещества которой ещё в 500 раз больше, чем у вещества упомянутой ранее звезды Сириус В. Мы говорим о небольшой звёздочке 13-й величины в созвездии Кассиопеи, открытой в конце 1935 г. Будучи по объёму не больше Марса и в восемь раз меньше земного шара, звезда эта обладает массой, почти втрое превышающей массу нашего Солнца (точнее, в 2,8 раза). В обычных единицах средняя плотность её вещества выражается числом 36 000 000 г/см3. Это означает, что 1 см3 такого вещества весил бы на Земле 36 т. Вещество это, следовательно, плотнее золота почти в 2 миллиона раз.
Немного лет назад учёные, конечно, считали бы немыслимым существование вещества в миллионы раз плотнее платины. Бездны мироздания скрывают, вероятно, ещё немало подобных диковинок природы.
