Densitet är en viktig fysisk storhet för alla aggregerade materiatillstånd. I den här artikeln kommer vi att överväga frågan om vad är densiteten av metaller, vi kommer att ge en tabell över denna parameter för kemiska grundämnen och prata om den tätaste metallen på jorden.
Vilken fysisk egenskap pratar vi om?
Densitet är ett värde som kännetecknar mängden av ett ämne i en känd volym. Enligt denna definition kan den beräknas matematiskt enligt följande:
ρ=m/V.
Beteckna detta värde med den grekiska bokstaven ρ (ro).
Densitet är en universell egenskap eftersom den kan användas för att jämföra olika material. Detta faktum kan användas för att identifiera dem, vilket är vad den grekiske filosofen Arkimedes gjorde, enligt legenden (han kunde etablera en falsk gyllene krona genom att mäta värdet av ρ för den).
Denna parameter för ett visst material beror på två huvudfaktorer:
- från massan av atomerna och molekylerna som utgör ämnet;
- från genomsnittliga interatomära och intermolekylära avstånd.
Till exempel har vilken som helst av övergångsmetallerna (guld, järn, vanadin, volfram) en högre densitet än något kolmaterial, eftersom massan av den senare atomen är tio gånger mindre. Ett annat exempel. Grafit och diamant är två kolstrukturer. Den andra är tätare, eftersom de interatomära avstånden i dess gitter är mindre.
Täthet av metaller
Detta är den största gruppen i Mendeleevs periodiska system. En metall är vilket ämne som helst som har en hög termisk och elektrisk ledningsförmåga, en karakteristisk ytglans när den poleras och förmågan att genomgå plastisk deformation.
Ett sådant kemiskt grundämne har låg elektronegativitet jämfört med ämnen som kväve, syre och kol. Detta faktum leder till det faktum att metallatomer i bulkstrukturer bildar en metallisk bindning med varandra. Det är en elektrisk interaktion mellan positivt laddade joniska baser och en negativ elektrongas.
Metalatomer i rymden är ordnade i form av en ordnad struktur, som kallas ett kristallgitter. Det finns bara tre typer:
- cubic;
- BCC (kroppscentrerad kubik);
- HCP (hexagonal tätpackad);
- FCC (ansiktscentrerad kubik).
Tätheten hos metaller är en fysisk storhet som beror på typen av kristallgitter. Nedan finns en tabell över denna parameter för alla kemiska grundämnen i g/cm3, som under normala förhållanden är isolid state.
Av tabellen följer att densiteten av metaller är ett värde som varierar över ett brett intervall. Så den svagaste är litium, som med samma volymer är två gånger lättare än vatten. Densiteten hos den sällsynta metallen osmium är den högsta i naturen. Den är 22,59 g/cm3.
Hur hittar du värdet?
Tätheten hos metaller är en egenskap som kan definieras på två fundament alt olika sätt:
- experimentell;
- teoretisk.
Experimentella metoder är följande:
- Direkta mätningar av kroppsvikt och volym. Det senare är lätt att beräkna om kroppens geometriska parametrar är kända och dess form är idealisk, till exempel ett prisma, en pyramid eller en boll.
- Hydrostatiska mätningar. I det här fallet används speciella skalor som uppfanns av Galileo på 1500-talet. Principen för deras funktion är ganska enkel: först vägs en kropp med okänd densitet i luft och sedan i en vätska (vatten). Därefter beräknas det erforderliga värdet med en enkel formel.
När det gäller den teoretiska metoden för att bestämma densiteten hos metaller är detta en ganska enkel metod som kräver kunskap om typen av kristallgitter, det interatomära avståndet i det och atomens massa. Därefter, med hjälp av exemplet med osmium, kommer vi att visa hur denna metod används.
Densitet för den sällsynta metallen osmium
Hanfinns i spårmängder på vår planet. Oftast finns det i form av legeringar med iridium och platina, såväl som i form av oxider. Osmium har ett hcp-gitter med parametrarna a=2,7343 och c=4,32 ångström. Medelmassan för en atom är m=190,23 amu
Ovanstående siffror räcker för att bestämma värdet på ρ. För att göra detta, använd den ursprungliga formeln för densiteten och ta hänsyn till att ett hexagon alt prisma innehåller sex atomer. Som ett resultat kommer vi fram till arbetsformeln:
ρ=4m/(√3a2c).
Genom att ersätta siffrorna skrivna ovan och ta hänsyn till deras dimensioner kommer vi fram till resultatet: ρ=22 579 kg/m3.
Densiteten för en sällsynt metall är således 22,58 g/cm3, vilket är lika med det experimentellt uppmätta tabellvärdet.
