Как получить искусственный металл?

Искусственные металлы — материалы, обладающие прочностью, электропроводностью, химически устойчивые. Производятся в лабораториях с помощью дорогих технологий (пересадка атомов, работа со структурой кристаллической решетки). Выделяют искусственно синтезированные аналоги металлов, которые существуют в природе, и новые элементы (они не встречаются в природе). Искусственные материалы добыть труднее, чем естественные. Используются в промышленности, медицине, ювелирном деле. Имеют большое будущее.

Стоимость нескольких грамм искусственно синтезированных элементов достигает отметки в миллионы долларов. Есть материалы с более низкой ценой, всего в несколько тысяч долларов.

Что из себя представляют эти металлы

Самые дорогостоящие металлы создаются искусственным способом. Рассмотрим наиболее популярные виды: 

• Технеций — первый синтезированный искусственным методом радиоактивный металл. Получен путем обстрела ядрами дейтерия молибденовой мишени. Имеет небольшую массу, серебристо-серый оттенок. Вступает в реакцию с кислородом. Образуется оксид. Не взаимодействует с соляной кислотой. Используется в медицине. Соли кислоты из технеция применяют для защиты стали, железа от коррозии.
• Калифорний — дорогостоящий радиоактивный материал (самый дорогой искусственно созданный металл). Атомы калифорния выделяют огромное количество энергии. Применяется для проведения исследований в медицине, ядерной физике. Изотоп калифорния-252 получили в 1950 году. В ядерном реакторе проводилось нейтронное облучение плутония.
• Осмий-187 — очень плотное вещество. Имеет темный окрас. Радиоактивные изотопы осмия образуются в результате распада других изотопов. Реакция длится девять месяцев. Материал имеет форму крошки, порошка. Используется осмий при изготовлении высокоточных приборов (механизмы представлены в единственном экземпляре).
• Микролаттис — самый легкий в мире искусственный материал. На 99,9% состоит из воздуха. Обладает повышенной прочностью. Имеет ячеистую структуру, состоящую из полых никель-фосфорных трубочек. Трубки пересекаются между собой. Толщина стенок трубок составляет 80 нанометров (тоньше человеческого волоса в 1000 раз). Материал выдерживает серьезные нагрузки. Может применяться в теплообменных устройствах, военных шлемах, каталитических нейтрализаторах, защитных устройствах, самолетостроении.
• Искусственное золото обладает большей прочностью, повышенной проводимостью электрической энергии, устойчивостью к серьезным температурам. Материал получен в высокоэнергетическом ядерном реакторе в результате обработки слабыми нейтронами обычной ртути. Стоимость в сотни раз выше природного аналога.

Искусственная платина — синтезированные кристаллы исходного вещества. Считается аналогом природной платины. Искусственные кристаллы создают в лабораторных условиях. Используется технология холодной трансмутации. Цвет колеблется от блестящего белого до темного. Имеет повышенную твердость. Поддается ковке. Синтез платины — затратное мероприятие.

Технологии синтезирования металлов

Производство искусственных металлов имеет продолжительную историю. В 1932 году ученые поняли, что можно синтезировать химические элементы в лабораторных условиях. Первым стал экамарганец (назван технецием), полученный в лаборатории Лоуренса. Элементы №93 — №101 получены путем взаимодействия ядер урана с дейтронами, нейтронами, ядрами гелия. Последним трансураном, сформированным подобным способом, стал менделевий.

В XXI веке ученые открыли холодный ядерный синтез (мутация ядер в холодных условиях). Протекает по другим принципам, чем высокоэнергетические ядерные процессы. Технология лежала в основе образования элементов на планете. Позволяет синтезировать платину, другие драгоценные металлы в лабораторных условиях. Ученые считают ее основой будущего прогресса. Она позволяет формировать дешевую энергию, синтезировать ценные элементы.

Во время бомбардировки тяжелыми ионами из урана, висмута, свинца получили элементы 107 – 112. В 2004 году японские ученые с помощью технологии создали 113-й элемент. Методом горячего ядерного синтеза (предварительно компоненты помещают в ядерный реактор) получили элементы №102 — №106. Через несколько лет получили элементы №114 — №118. Каждая группа опытов по синтезу элементов открывает новые знания о структуре материи ядер. Полученная информация используется для воспроизводства сверхтяжелых элементов.

Факты про синтезированные металлы:

• Реакторы для производства калифорния доступны в России, США. За год синтезируется около 80 миллиграмм вещества.
• Применение калифорния возможно в медицине, ядерной физике.
• Осмий-187 плавится при очень высокой температуре, имеет плотную структуру.
• Материал встречается на метеоритах. Производство занимает 1 год.
• Сплав платины с осмием применяется в хирургии для протезов.
• Изотопы осмия-187 позволяют проводить сложные научные исследования.

Перспективы развития области производства искусственных металлов

Ученые рассчитывают воссоздать инновационный металл, полученный искусственно с уникальными характеристиками, свойствами. Растущий интерес к специальным технологичным материалам объясняется потребностями экономики. Например, развитие электромобилей влечет востребованность новейших металлов с определенным набором параметров. Новые материалы используют при организации систем генерации и аккумулирования энергетического потенциала. Инновационные металлы применяют в авиационном направлении для производства силового набора, деталей фюзеляжа, других элементов с высокими растягивающими нагрузками. Металлы высокой прочности используют для производства комплектующих, подвергающихся высокой сжимающей нагрузке.

Создавая новые металлы, разработчики совершенствуют свойства уже имеющихся материалов. Одна индустрия нуждается в применении легких и одновременно прочных металлов. Другая сфера нуждается в жаростойких материалах. В любом случае синтетические металлы по характеристикам отличаются от имеющихся материалов. Прогресс не стоит на месте. Сегодня к работе специалисты подключили искусственный интеллект, способный подбирать состав, свойства на уровне максимально точных параметров. Область производства искусственных металлов имеет большие перспективы развития. В ближайшем времени неоднократно удивит воображение людей.