在这个名单里,钢铁被列为第二位。钢是铁和碳的合金,含有少于2%的碳、1%的锰以及少量的硅、磷、硫和氧。由于它具有很高的抗拉强度和较低的成本,成为船舶建筑、基础设施、工具、汽车、机器、电器、武器等主要组成部分,因此被称为世界上最重要的工程和建筑材料。它被用于人类生活的各个方面,从餐具到汽车、冰箱、洗衣机等等,钢最重要的特征是它可以重复循环而不会损失性能。
哪种金属密度最大?
锇的熔点相当高,可以达到3045摄氏度,而钨的熔点更是高达3400摄氏度。锇在自然界中的含量非常稀少,大约只有地壳的万分之一,它通常和铱相伴而生,形成伴生矿。把这种金属提炼出来以后,与其它金属融合,就能得到硬度特别高又极为锋利的合金材料,比如医院里使用的手术刀。
这个名单中的第三位是铬,它是一种有光泽、易碎、坚硬的金属,通常呈银灰色。铬是一种高度抛光的金属,在空气中不会变色,不过它在氧气中不稳定,会立即产生一层不透氧的薄氧化层。铬因其作为不锈钢成分被大规模使用而广为人知,因为它具有优异的硬度、耐腐蚀性和抛光能力,能获得光泽的外观。
下面来盘点一下密度最大的物质前十名。排在第一位的是锇,密度22.59;第二位是铱,22.56;第三位是铂,21.45;第四位是铼,21.04;第五位是镎,20.45;第六位是钚,19.86;第七位是钨,19.35;第八位是金,19.32;第九位是锔,19.26;第十位是铀,18.95。
排在第二名的铱,原子序数77,原子量192.22,元素名来自拉丁文,原意是“彩虹”。1803年英国化学家坦南特和法国化学家德斯科蒂等人用王水溶解粗铂时,从残留在器皿底部的黑色粉末里发现了两种新元素,也就是锇和铱。铱在地壳中的含量约为千万分之一,常与铂系元素一起分散在冲积矿床和砂积矿床的各种矿石中,自然界存在铱191和铱193两种同位素。
第四名是铼,这是一种化学元素,符号Re,原子序数75。铼是银白色的重金属,在元素周期表中属于第6周期过渡金属,是地球地壳中最稀有的元素之一,平均含量估值约为十亿分之一,同时也是熔点和沸点最高的元素之一。铼是钼和铜提炼过程中的副产品,化学性质与锰和锝相似,在化合物中的氧化态最低可达−3,最高可达+7。
第五名是镎,也就是93号元素,它是一种银白色金属,带有放射性,密度在18.0到20.45克每立方厘米之间,熔点640℃,沸点3902℃,在空气中会被缓慢氧化。镎的化学性质与铀相似,能溶于盐酸,在水溶液中会显示出五种氧化态:Np3+呈淡紫色、Np4+呈黄绿色、NpO2+呈绿蓝色、NpO2²+呈粉红色。镎在50℃时可以与氢作用生成氢化物,它在自然界中几乎不存在,因为237Np的半衰期是2.2×10⁶年,比地壳形成的年龄少了三个数量级。
第九名是锔,这是一种金属元素,原子序数96,元素符号Cm,属于放射性人造元素,呈银白色,具有延展性,由人工核反应获得,在化合物中呈正三价。锔在一般社会生活中极不常见,主要用于放射化学实验及特殊的同位素能源,1944年由美国加州大学伯克利分校教授西博格带领团队在伯克利发现。
在常温常压条件下,地球上自然界里密度最大的金属其实是锇,它的密度达到22.6克每立方厘米。锇在化学元素周期表里的原子序数是76,元素符号写作Os,最早于1804年被发现,不过这种金属在现实生活中并不常见。
这个名单的第四位是钛,它是一种有光泽的过渡金属,具有银色外观、低密度和高强度,还具有良好的耐海水、水和氯气腐蚀性。钛是一种“新”金属,于1790年被发现,经过长期的成熟后,于1948年开始在工业上生产。由于其丰富的储量和出色的生物友好性,钛是一种对环境和人类都友好的材料。
还有一种关于高密度金属的说法,把钨排在第一位。钨这个名字来源于前瑞典名称,意思是“重石”,它是地球表面天然存在的稀有金属,1781年被确定为新元素,1783年首次被分离为金属。钨的坚固性非常显著,拥有所有元素中最高的熔点,为3422°C,沸点也最高,达到5930°C,密度是水的19.3倍,远远高于铅。事实上,它是对任何生物体都必不可少的最重元素,但可能会干扰对动物有一定毒性的钼和铜代谢。
密度冠军是锇,它是元素周期表第六周期第Ⅷ族元素,也是铂族金属成员之一,元素符号Os,原子序数76,相对原子质量190.2,属于重铂族金属,是已知密度最大的金属。锇主要存在于锇铱矿中,把含锇的固体在空气中焙烧,将挥发出的四氧化锇用醇碱溶液吸收,得到锇酸盐后再用氢气还原,就能制得金属锇。它可以用来制造超高硬度的合金,锇与铑、钌、铱或铂的合金,常被用作电唱机、自来水笔尖以及钟表和仪器中的轴承。
第三名是铂,这是一种化学元素,它的单质俗称白金,属于铂系元素,化学符号Pt,是贵金属之一。铂的原子量195.078,略小于金的原子量,原子序数78,属于过渡金属,熔点1772℃,沸点约3827±100℃,20℃时密度为21.45克每立方厘米。铂质地较软,具有良好的延展性、导热性和导电性,海绵铂呈灰色海绵状,比表面积很大,对气体尤其是氢、氧和一氧化碳有较强的吸收能力。
为什么锇的密度能排第一呢?因为锇的共价半径特别小,也就是说锇原子相互之间排列得非常紧密,密度自然就相当大。密度排名第二的铱,共价半径比锇略小一点,所以密度也很大。从密度来看,蓝灰色的金属锇是金属中的冠军,密度为22.48克每立方厘米,相当于铅的2倍、铁的3倍、锂的42倍,1立方米的锇就有22.48吨重。
第八名是金,金在密度最大的物质前十名中排名第八,它的单质也就是游离态形式通称为黄金,是一种广受欢迎的贵金属,很多世纪以来一直被用作货币、保值物和珠宝。在自然界中,金以单质形式出现在岩石中的金块或金粒、地下矿脉以及冲积层中,它也是货币金属之一。
第六名是钚,符号Pu,是一种放射性元素,也是原子能工业的重要原料,可以作为核燃料和核武器的裂变剂。当年投向长崎市的原子弹,内核部分使用的就是钚,它同时也是放射性同位素热电机的热量来源。钚于1940年12月在加州大学伯克利分校及劳伦斯伯克利国家实验室被首次合成,参与合成的包括诺贝尔奖得主西博格和埃德温·麦克米伦等人。
第十名是铀,这是原子序数为92的元素,元素符号是U,是自然界中能够找到的最重元素。铀在自然界中存在三种同位素,都带有放射性,拥有非常长的半衰期,从数十万年到45亿年不等,此外还有12种人工同位素。铀在1789年由马丁·海因里希·克拉普罗特发现,其化合物早期用于瓷器着色,在核裂变现象被发现后则用作核燃料。
第七名是钨,这是一种金属元素,原子序数74,原子量183.84,呈钢灰色或银白色,硬度高、熔点高,常温下不受空气侵蚀。钨的主要用途是制造灯丝、高速切削合金钢和超硬模具,也用于光学仪器和化学仪器,中国是世界上钨储藏量最大的国家。