Jaký je nejtvrdší kov na světě?

Mnoho milovníků zajímavých faktů se zajímá o otázku, který kov je nejtvrdší? A na tuto otázku nebude snadné odpovědět. Samozřejmě, že každý učitel chemie snadno řekne správně, aniž by přemýšlel. Ale mezi běžnými občany, kteří naposledy studovali chemii ve škole, málokdo dokáže správně a rychle odpovědět. To je způsobeno skutečností, že od dětství je každý zvyklý vyrábět různé hračky z drátu a dobře si pamatuje, že měď a hliník jsou měkké a dobře se ohýbají, ale ocel naopak není tak snadné dát požadovaný tvar. Člověk se nejčastěji zabývá třemi jmenovanými kovy, takže o ostatních kandidátech ani neuvažuje. Ale ocel samozřejmě není nejtvrdší kov na světě. Abychom byli spravedliví, stojí za zmínku, že se vůbec nejedná o kov v chemickém smyslu, ale o sloučeninu železa a uhlíku.

Co je titan?

Nejtvrdším kovem je titan. Čistý titan byl poprvé získán v roce 1925. Tento objev vyvolal ve vědeckých kruzích senzaci. Průmyslníci na nový materiál okamžitě upozornili a ocenili výhody jeho použití. Podle oficiální verze dostal nejtvrdší kov na Zemi své jméno na počest nezničitelných Titánů, kteří byli podle starověké řecké mytologie zakladateli světa.

Podle vědců jsou dnes celkové světové zásoby titanu asi 730 milionů tun. Při současném tempu těžby fosilních surovin jich bude dostatek na dalších 150 let. Titan zaujímá 10. místo v přírodních rezervách mezi všemi známými kovy. Největším světovým producentem titanu je ruská společnost VSMPO-Avisma, která uspokojuje až 35 % globálních potřeb. Společnost se zabývá celým zpracovatelským cyklem od těžby rud až po výrobu různých produktů. Zaujímá asi 90 % ruského trhu s výrobou titanu. Asi 70 % hotových výrobků jde na export.

Titan je lehký kov stříbrné barvy s teplotou tání 1670 stupňů Celsia. Vykazuje vysokou chemickou aktivitu pouze při zahřátí za normálních podmínek nereaguje s většinou chemických prvků a sloučenin. V přírodě se nenachází v čisté formě. Běžné ve formě rutilu (oxid titaničitý) a ilmenitu (složitá látka skládající se z oxidu titaničitého a oxidu železnatého) rud. Čistý titan se izoluje slinováním rudy s chlorem a následným vytěsněním aktivnějšího kovu (obvykle hořčíku) z výsledného tetrachloridu.

Průmyslové aplikace titanu

Nejtvrdší kov má poměrně širokou škálu aplikací v mnoha průmyslových odvětvích. Amorfně uspořádané atomy poskytují titanu nejvyšší úroveň pevnosti v tahu a krutu, dobrou odolnost proti nárazu a vysoké magnetické vlastnosti. Kov se používá k výrobě leteckých dopravních těles a střel. Dobře se vyrovná s enormním zatížením, kterému auta čelí ve velkých výškách. Titan se používá i při výrobě trupů ponorek, protože odolává vysokému tlaku ve velkých hloubkách.

V lékařském průmyslu se kov používá při výrobě zubních protéz a zubních implantátů a také chirurgických nástrojů. Prvek se přidává jako legující přísada do některých jakostí oceli, což jim dává zvýšenou pevnost a odolnost proti korozi. Titan je vhodný pro odlévání, protože vytváří dokonale hladké povrchy. Používá se také k výrobě šperků a dekorativních předmětů. Aktivně se používají také sloučeniny titanu. Dioxid se používá k výrobě barev, bělení a přidává se do papíru a plastů.

Organické soli titanu se používají jako katalyzátor vytvrzování při výrobě barev a laků. Z karbidu titanu jsou vyrobeny různé nástroje a nástavce pro zpracování a vrtání jiných kovů. V přesném strojírenství se aluminid titanu používá k výrobě prvků odolných proti opotřebení, které mají vysokou bezpečnostní rezervu.

Nejtvrdší slitinu kovu získali američtí vědci v roce 2011. Jeho složení zahrnovalo palladium, křemík, fosfor, germanium a stříbro. Nový materiál se nazýval „kovové sklo“. Kombinuje tvrdost skla a plasticitu kovu. Ten zabraňuje šíření prasklin, jako je tomu u standardního skla. Materiál se přirozeně nedostal do široké výroby, protože jeho složky, zejména palladium, jsou vzácné kovy a jsou velmi drahé.

Úsilí vědců v tuto chvíli směřuje k hledání alternativních komponentů, které by zachovaly získané vlastnosti, ale výrazně zlevnily výrobu. Z výsledné slitiny se však již vyrábějí některé díly pro letecký průmysl. Pokud se podaří zavést do konstrukce alternativní prvky a materiál se rozšíří, je docela možné, že se stane jednou z nejoblíbenějších slitin budoucnosti.

Prvním kovem, který lidstvo začalo využívat pro hospodářské účely, byla měď: je snadno zpracovatelná, v přírodě se vyskytuje poměrně často, a tak není divu, že sloužila jako materiál pro první kovové nože a sekery. O něco později lidé zjistili, že přidáním cínu do mědi mohou získat mnohem pevnější slitinu – bronz. A když zvládli železo, ukázalo se, že ve své čisté formě není o moc pevnější než měď, ale v kombinaci s uhlíkem získává mnohem lepší pevnostní vlastnosti. Středověcí alchymisté kromě pátrání po kameni mudrců také experimentovali se slitinami a snažili se určit, jaký je nejtvrdší kov na světě, ale všechny experimenty potvrdily: slitiny jsou pevnější než čistý kov, bez ohledu na to, o jaký jde. Jaká je ale situace dnes?

Nejtěžší

Všechny nejodolnější „čisté“ kovy objevil člověk poměrně pozdě. Důvod je jednoduchý: jsou mnohem méně běžné než železo nebo měď, na které jsme zvyklí. Pro stanovení tvrdosti materiálů existuje několik metod: Mohs, Vickers, Brinell a Rockwell, jejichž údaje se mírně liší. Na Mohsově stupnici má například železo hodnotu pouze 4 a nejvyšší tvrdost diamantu je 10. A tucet kovů, jejichž tvrdost je 5 jednotek a vyšší, vypadá takto:

• iridium – 5;
• ruthenium – 5;
• tantal – 5;
• technecium – 5;
• chrom – 5;
• beryllium – 5,5;
• osmium – 5,5;
• rhenium – 5,5;
• wolfram – 6;
• uran – 6.

Většina z těchto „velkolepých deseti“ je v přírodě extrémně vzácná (například roční produkce ruthenia na světě je asi 18 tun a rhenia – asi 40 tun) nebo má radioaktivitu, což ztěžuje jejich použití v každodenním životě. A všechny mají velmi významné náklady, snad s výjimkou chrómu. Právě vysoká tvrdost a relativně nízká cena tohoto kovu si získal oblibu při výrobě odolných slitin.

Použití nejtvrdších kovů

Vzhledem k tomu, že většina nejtvrdších kovů je v přírodě velmi vzácná, jejich pevnostní vlastnosti zůstávají nevyžádané nebo jsou velmi omezené, například pro povlakování součástí a částí mechanismů vystavených největšímu zatížení. Ale používat rhenium nebo rutheniumové přísady při výrobě nástrojové oceli nebo brnění, vidíte, je hloupost. Těchto kovů prostě není na všechno dost. Proto se ukázalo, že chrom je velmi žádaný. Je to nejdůležitější legovací přísada, která zlepšuje pevnost a odolnost slitin proti korozi.

Některé z pevných kovů se používají ve velmi malých množstvích v medicíně, při vytváření vesmírných technologií, jako katalyzátory a v některých dalších oblastech. V těchto případech nebyla žádaná jejich tvrdost, ale další doprovodné vlastnosti. Například wolfram jako nejvíce žáruvzdorný kov na planetě (bod tání +3422 Celsia) našel uplatnění při vytváření žárovek pro osvětlovací zařízení. V malých množstvích se přidává do slitin, které musí dlouhodobě odolávat vysokým teplotám – například v hutním průmyslu.

Uran

Uran je stejně jako wolfram nejtvrdším kovem na Zemi, ale uran je na naší planetě mnohem běžnější, a proto našel mnohem širší uplatnění. A jeho radioaktivita to nerušila. Nejznámější využití uranu je jako „palivo“ v jaderných elektrárnách. Používá se také v geologii k určování stáří hornin a v chemickém průmyslu.

Pevnostní vlastnosti a vysoká měrná hmotnost uranu (je 19krát těžší než voda) byly užitečné při výrobě pancéřové munice. V tomto případě se nepoužívá čistý kov, ale jeho ochuzená verze, která se téměř výhradně skládá ze slabě radioaktivního izotopu uranu-238. Těžká jádra z tohoto kovu dokonale pronikají i dobře pancéřovanými cíli. Do jaké míry zbytkové účinky používání takové munice poškozují životní prostředí a lidi, není dosud s jistotou známo, protože o této otázce bylo nashromážděno příliš málo statistických materiálů.

(1 hodnocení, průměr: 5,00 z 5)