Metalllar suvda cho'kmaydi. Nima uchun temir kemalar cho'kmaydi? Dunyodagi eng engil metallar

Rossiya-Amerika tadqiqotchilari guruhi inqilobiy rivojlanishni taqdim etdi: suvda cho'kmaydigan o'ta engil alyuminiy.

Rossiya janubiy federal universiteti va Yuta universiteti (AQSh) kimyogarlari alyuminiyning yangi ultra yengil kristall shaklini yaratdilar. U suvda cho'kmaydi va iqtisodiyot va sanoatning turli sohalarida qo'llanilishi mumkin. Yangi material yaratishda kompyuter texnologiyalaridan foydalangan holda innovatsion yondashuv qo'llanildi. Tadqiqot haqida Science Daily nashri xabar bermoqda.

Yuta universiteti professori Aleksandr Boldirev Janubiy federal universitetdagi hamkasblari bilan birgalikda oddiy alyuminiyni molekulyar darajada qayta tuzdilar. Buning uchun mutaxassislar kompyuterda modellashtirishdan foydalanganlar va yangi kristall panjarani "yig'ishgan".

Boldirev tushuntiradi: uning jamoasi olmosning kristall panjarasi bilan ishlagan. Uning tuzilishini asos qilib olgan olimlar har bir uglerod atomini almashtirdi alyuminiy tetraedri.
Natijada eng engil alyuminiyning yangi metastabil shakli paydo bo'ldi. Uning zichligi – kub santimetr uchun 0,61 gramm (taqqoslash uchun: oddiy alyuminiyning zichligi kub santimetr uchun 2,71 grammni tashkil qiladi).
Bu alyuminiyning yangi kristalli shaklga ega ekanligini anglatadi suv yuzasida suzib yuradi , zichligi kub santimetr uchun bir gramm.

Bu xususiyat yangi metall - nisbatan arzon va ishlab chiqarish oson, korroziyaga chidamli paramagnitdan foydalanish uchun ulkan istiqbollarni ochadi. Kosmik qurilish, tibbiyot, elektronika va avtomobil ishlab chiqarish ultra yengil alyuminiy qo'llanilishi mumkin bo'lgan sohalarning faqat bir qismidir, ish mualliflari ishonchi komil. To'g'ri, ular hali ham yangi materialni turli sharoitlarda sinab ko'rishlari kerak, birinchi navbatda, uning kuchini tekshirish.

Uni o'tkazishda Denis Zelenov yordam berdi. 10 yil.

Yozda Denis Volga-Don kanalida suzdi. Men kanal bo'ylab yurgan katta kemalarni tomosha qildim, ular qulflangan kamerada ko'tarilib, pastga tushmoqda. Va men o'yladim: ularga nafaqat suvda suzishga, balki og'ir yuklarni tashishga nima imkon beradi?

Nima uchun kemalar suv ustida yurishi mumkin?

Buning bir qancha sabablari bor.

1. Zichlik

Tajriba 1

Biz hammamiz bilamizki, agar siz yog'och taxtani suvga tashlasangiz, u uning yuzasida yotadi, lekin bir xil o'lchamdagi metall choyshab darhol cho'kib keta boshlaydi.

Nima uchun bu sodir bo'lmoqda? Bu ob'ektning og'irligi bilan emas, balki uning zichligi bilan belgilanadi. Zichlik - ma'lum hajmdagi moddaning massasi.

Tajriba 2

Biz turli xil materiallardan - metall, yog'och, tosh va ko'pikdan bir xil o'lchamdagi 70x40x50 mm kublarni oldik va ularni tortdik. Va ular kublarning turli og'irliklarga ega ekanligini va shuning uchun turli xil zichliklarga ega ekanligini ko'rdilar.

Kub og'irligi:

• tosh - 264 g.,
• polistirol ko'pik - 3 g.,
• metall - 1020 gr.,
• yog'och - 70 gr.

Bundan ular kublar orasida eng zich material metall, keyin tosh, yog'och va ko'pik degan xulosaga kelishdi.

Tajriba 3

Agar bu kublar suvga joylashtirilsa nima bo'ladi? Tajribadan ko'rinib turibdiki, tosh va metall cho'kib ketgan - ularning zichligi suvning zichligidan kattaroqdir, lekin ko'pik va yog'och emas - ularning zichligi suv zichligidan kamroq. Bu shuni anglatadiki, har qanday jismning zichligi suv zichligidan kam bo'lsa, suzadi.

Shuning uchun, kema suvda suzishi uchun uning zichligi suv zichligidan kamroq bo'lishi kerak. Aytaylik, biz uni zichligi suvning zichligidan kamroq bo'lgan va cho'kmaydigan materialdan - masalan, yog'ochdan yasaymiz. Tarixdan bizga ma'lumki, odamlar yog'ochning suzuvchanlik xususiyatidan foydalangan holda avval yog'ochdan sal, keyin esa qayiq yasagan.

Bugun biz metalldan yasalgan ko'plab kemalarni ko'ramiz, lekin ular cho'kmaydi. Sababi, ularning tanasi havo bilan to'lgan. Havo suvga qaraganda ancha zichroq moddadir. Kema, xuddi havo va metallning umumiy, umumiy zichligini rivojlantiradi. Natijada, kemaning o'rtacha zichligi uning korpusidagi havoning katta hajmi bilan birga suv zichligidan kamroq bo'ladi. Shuning uchun og'ir kema cho'kmaydi. Keling, buni tajriba bilan tasdiqlaylik.

Tajriba 4

Keling, tekis metall varaqni suvga tushiramiz - u darhol cho'kib ketadi, lekin yon tomonlari bo'lgan har qanday idish suzadi - unda suzish zaxirasi hosil bo'ladi. Siz hatto u erga yuk qo'yishingiz mumkin.

Qutqaruvchi uskunalar ham ishlaydi: bir kishi kiygan yelek yoki doira. Ularning yordami bilan qutqaruvchilar kelguniga qadar suvda qolish mumkin.

2. Suzuvchi kuch

Bundan tashqari, suvga botgan jismga suzuvchi kuch ta'sir qiladi. Rasmda biz bosim kuchlari tanaga har tomondan ta'sir qilishini ko'ramiz:

Gorizontal yo'nalishda harakat qiluvchi kuchlar, ya'ni. kema bortida, o'zaro bir-biriga kompensatsiya. Pastki sirtdagi bosim - pastki qismida - yuqoridan bosimdan oshib ketadi. Natijada, yuqoriga qarab suzuvchi kuch paydo bo'ladi.

Buni quyidagi tajribadan yaqqol ko‘rish mumkin.

Tajriba 5

Ichida havo bo'lgan, suvga botgan to'p kuch bilan undan yuqoriga uchadi.

Bu to'pga suzuvchi kuch sifatida ta'sir qiladi (Arximed kuchi). Bu kemani suvda ushlab turadigan va kemaning suzishiga imkon beradigan narsa.

1- texnik xizmat ko'rsatish kuchlari; 2- Kema bortida suv bosimi

Suzuvchi kuchning ta'siri nimaga bog'liq?

Birinchidan- bu kemaning hajmiga, ikkinchisi esa - kema suzib yuradigan suvning zichligiga bog'liq. Bu kuch qanchalik katta bo'lsa, suvga cho'mgan tananing hajmi shunchalik katta bo'ladi. Keling, buni tajriba bilan tekshirib ko'ramiz.

Tajriba 6

Biz suzuvchi taxtaga kichik vazn qo'yamiz va ular cho'kib ketadi. Ammo shishiriladigan qayiqning hajmi ancha katta va u hatto bir nechta odamni ham qo'llab-quvvatlaydi.

Ikkinchi— suzuvchi kuch suv zichligi ortishi bilan oʻzgaradi. Suvning zichligini juda ko'p tuzlash orqali oshirish mumkin.

Buni quyidagi tajriba bilan isbotlaylik.

"Metal" so'zi ko'pincha og'irlik bilan bog'liq. Bu haqiqatdan uzoqdir. Barcha metallar juda boshqacha xususiyatlarga ega. Ulardan ba'zilari shunchalik engilki, ular hatto suvga cho'kmaydi. Qaysi metall eng yengil? Uning xususiyatlari qanday? Keling, bilib olaylik.

Dunyodagi eng engil metallar

Kam zichlikka ega bo'lgan metallar yorug'lik deb ataladi. Bu kamdan-kam uchraydigan hodisa emas. Bunday xususiyatlarga ega moddalar er qobig'i massasining taxminan 20% ni tashkil qiladi. Ular faol qazib olinadi va sanoatda keng qo'llaniladi.

Eng engil metall litiydir. Eng kichik atom massasiga qo'shimcha ravishda, u suvdan ikki baravar past bo'lgan eng past zichlikka ham ega. Litiydan keyin kaliy, natriy, alyuminiy, rubidiy, seziy, stronsiy va boshqalar keladi. Ular orasida metallar orasida eng yuqori quvvatga ega titan kiradi.

Alyuminiy ham engil va bardoshlidir. U yer qobig'ida uchinchi o'rinda turadi. Odamlar uni sanoat yo'li bilan olishni o'rganmaguncha, metall oltindan qimmatroq edi. Hozirgi kunda bir kilogramm alyuminiyni taxminan 2 dollarga sotib olish mumkin. U raketa texnologiyasida ham, harbiy sanoatda ham, oziq-ovqat folga va oshxona buyumlarini ishlab chiqarishda ham qo'llaniladi.

Litiy

Litiy elementlar davriy sistemasining birinchi guruhiga kiradi. U vodorod va geliydan keyin 3-o'rinda turadi va barcha metallar ichida eng kichik atom massasiga ega. Oddiy modda - lityum, normal sharoitda kumush-oq rangga ega.

Bu zichligi 0,534 g/sm³ bo'lgan eng engil gidroksidi metalldir. Shu sababli u nafaqat suvda, balki kerosinda ham suzadi. Uni saqlash uchun odatda kerosin, benzin, mineral moylar yoki neft efiri ishlatiladi. Lityum juda yumshoq va egiluvchan bo'lib, pichoq bilan osongina kesilishi mumkin. Ushbu metallni eritish uchun uni 180,54 ° S haroratgacha qizdirish kerak. U faqat 1340 ° C da qaynatiladi.

Tabiatda metalning faqat ikkita barqaror izotopi mavjud: litiy-6 va litiy-7. Ulardan tashqari 7 ta sun'iy izotop va 2 ta yadro izomeri mavjud. Litiy vodorodni geliyga aylantirish reaktsiyasida oraliq mahsulot bo'lib, yulduz energiyasini shakllantirish jarayonida ishtirok etadi.

Litiy bilan reaksiyalar

Ishqoriy tabiatini hisobga olgan holda, u juda faol deb taxmin qilish mumkin. Biroq, metall o'z guruhining eng xotirjam vakili hisoblanadi. Oddiy xona haroratida lityum kislorod va boshqa ko'plab moddalar bilan zaif reaksiyaga kirishadi. U qizdirilgandan keyin o'zining "zo'ravonligini" ko'rsatadi, keyin kislotalar, turli gazlar va asoslar bilan reaksiyaga kirishadi.

Boshqa gidroksidi metallardan farqli o'laroq, u suv bilan yumshoq reaksiyaga kirishib, gidroksid va vodorod hosil qiladi. Quruq havo bilan deyarli hech qanday reaktsiya yo'q. Ammo agar u nam bo'lsa, u holda litiy asta-sekin gazlari bilan reaksiyaga kirishib, nitrid, karbonat va gidroksid hosil qiladi.

Muayyan haroratlarda eng engil metall ammiak, etil spirti, galogenlar, vodorod, uglerod, kremniy va oltingugurt bilan faoldir.

Lityum qotishmalari

Litiyning xususiyatlari metallarning ma'lum sifatlarini oshiradi, shuning uchun u ko'pincha qotishmalarda qo'llaniladi. Uning oksidlar, vodorod va sulfidlar bilan reaksiyasi foydalidir. Qizdirilganda ular bilan erimaydigan birikmalar hosil qiladi, ular erigan metallardan oson olinadi, ularni bu moddalardan tozalaydi.

Qotishmaning korroziyaga chidamliligi va egiluvchanligini berish uchun u magniy va alyuminiy bilan aralashtiriladi. U bilan qotishma mis zichroq va kamroq g'ovak bo'ladi va elektr tokini yaxshi o'tkazadi. Eng engil metall qo'rg'oshinning qattiqligi va egiluvchanligini oshiradi. Shu bilan birga, u ko'plab moddalarning erish nuqtasini oshiradi.

Lityum tufayli metall bardoshli va shikastlanishga chidamli bo'ladi. Shu bilan birga, bu ularga og'irlik qilmaydi. Shuning uchun unga asoslangan qotishmalar kosmik muhandislik va aviatsiyada qo'llaniladi. Asosan kadmiy, mis, skandiy va magniy bilan aralashmalar qo'llaniladi.

Tabiatda va ma'noda topish

Eng engil metallning o'ziga xos 30 ga yaqin minerallari bor, ammo ulardan faqat 5 tasi sanoatda qo'llaniladi: pentalit, ambligonit, lepidolit, zinvaldit va spodumen. Bundan tashqari, u tuzli ko'llarda joylashgan. Hammasi bo'lib er qobig'ida bu metallning 0,005% mavjud.

Litiyning yirik sanoat zahiralari barcha qit'alarda topilgan. Braziliya, Avstraliya, Janubiy Afrika, Kanada, AQSh va boshqa mamlakatlarda qazib olinadi. Shundan so'ng u elektronika, metallurgiya, lazer materiallari, atom energiyasi va hatto tibbiyotda qo'llaniladi.

Bizning tanamizda u jigar, qon, o'pka, suyaklar va boshqa organlarda mavjud. Litiy etishmasligi asab tizimi va miya faoliyatida buzilishlarga olib keladi. Bu organizmning kasalliklarga chidamliligini oshiradi va fermentlar faoliyatini faollashtiradi. Altsgeymer kasalligi, ruhiy kasalliklar, skleroz va turli xil giyohvandliklarga qarshi kurashish uchun ishlatiladi.

Toksiklik

Litiyning tanamizdagi muhim biologik roliga qaramay, u xavfli bo'lishi mumkin. Eng engil metall juda zaharli va zaharlanishga olib kelishi mumkin. Kuyganda, shilliq qavatning tirnash xususiyati va shishishini qo'zg'atadi. Agar butun metall bo'lagi ularning ustiga tushsa, xuddi shu narsa sodir bo'ladi.

Lityumni qo'lqopsiz ishlatmaslik kerak. Havodagi namlik yoki teridagi namlik bilan o'zaro ta'sir qilish orqali osongina kuyishga olib keladi. Eritilgan metall bilan yanada ehtiyotkor bo'lishingiz kerak, chunki uning faolligi sezilarli darajada oshadi. U bilan ishlashda siz uning gidroksidi ekanligini unutmasligingiz kerak. Oddiy sirka bilan teriga ta'sirini kamaytirishingiz mumkin.

Organizmda lityum immunitet tizimining barqarorligini oshiradi va asab tizimining faoliyatini yaxshilaydi. Ammo uning ortiqcha bo'lishi bosh aylanishi, uyquchanlik va ishtahani yo'qotish bilan birga keladi. Metall zaharlanish libidoning pasayishiga, mushaklarning zaiflashishiga va kilogramm ortishiga olib keladi. Bunday holda, ko'rish va xotira yomonlashishi va koma paydo bo'lishi mumkin. Lityum bilan ishlaganda siz doimo qo'lqop, himoya kostyumi va ko'zoynak taqishingiz kerak.

) Nyu-York universiteti qoshidagi Politexnika muhandislik maktabi mutaxassislari bilan birgalikda yangi metall kompozitsiyani yaratdilar, u shunchalik yengilki, u suvda suzadi va cho‘kmaydi.

Magniy qotishma matritsa kompozitsiyasi - bu sintaktik ko'pik deb ataladigan, metall, polimer yoki keramika matritsasini ichi bo'sh zarrachalar bilan to'ldirish orqali yaratilgan kompozitsion material turi. Bunday holda, magniy qotishma matritsasi DST tomonidan ishlab chiqilgan ichi bo'sh silikon karbid zarralari bilan to'ldiriladi. Ya'ni, bu metall ko'pikning bir turi.

Olimlarning ta'kidlashicha, natijada metall matritsali dunyodagi eng engil sintaktik ko'pik paydo bo'ldi. "Ko'pik" strukturasi materialning suv zichligidan kamroq kub santimetr uchun 0,92 gramm zichlikka ega bo'lishiga imkon beradi, shuning uchun material suyuqlik yuzasida suzishi va cho'kmasligi mumkin.

Nihoyatda bardoshli kremniy karbid sharlari har kvadrat santimetr uchun 1757,6 kilogrammdan ortiq bosimga bardosh bera oladi. Bunday sharlar energiyani yutish vazifasini bajarib, zarba qarshiligini ham ta'minlay oladi.

Matritsaga qo'shiladigan sferalar sonini o'zgartirish kompozitsiyaga ilova maqsadiga qarab sozlanishi mumkin bo'lgan bir qancha boshqa xususiyatlarni olish imkonini beradi.

Kelajakda bunday material korpus shikastlangandan keyin ham suvda qoladigan dengiz kemalarini qurish uchun ishlatilishi mumkin. Bundan tashqari, material etarlicha zich edi, shuning uchun undan yasalgan idish qattiq dengiz sharoitlariga bardosh bera oladi.

Material, shuningdek, issiqlikka chidamliligi bilan faxrlanadi, bu uni so'nggi yillarda ko'plab tadqiqotlar markazida bo'lgan va dengiz va avtomobil qismlarini (og'irroq metall asosidagi komponentlar o'rniga) ishlab chiqarishda foydalanilgan engil polimer matritsali kompozitlarga munosib alternativa qiladi.

"Kompozit materiallardagi bu yangi ishlanma juda engil material bo'lib, u bizga metalldan komponentlar yasashga qaytishga imkon beradi", dedi mexanik va aerokosmik muhandislik professori, tadqiqot hammuallifi Nikhil Gupta "Metallarning bardosh berish qobiliyati Agar komponentlar dvigatel uchun ishlab chiqarilgan bo'lsa yoki chiqindi gazlar bilan aloqa qilsa, yuqori haroratlar katta afzalliklarga aylanishi mumkin."

Materialdan ba'zi potentsial foydalanish nafaqat kemaning pastki qismini qoplashni o'z ichiga oladi, balki yaratuvchilarning fikriga ko'ra, u avtomobil qismlarini, suzuvchi transport vositalarini va harbiy mashinalar uchun zirhlarni yaratish uchun foydali bo'ladi. Ushbu so'nggi misol nima uchun DST AQSh armiyasi tadqiqot laboratoriyasi ko'magida rivojlanayotganini tushuntiradi.

Ishlab chiquvchilarning so‘zlariga ko‘ra, yangi materialdan tayyorlangan qurilmalarning prototiplari yaqin uch yil davomida sinovdan o‘tkaziladi.

Tafsilotlar Journal of Impact Engineering jurnalida chop etilgan ilmiy maqolada.