Densitet av metaller i kg/m3: tabell. Experimentell och teoretisk bestämning av densitet

2024 Författare: Angel Austin | [email protected]. Senast ändrad: 2024-01-02 17:56

Metaler är kemiska grundämnen som utgör det mesta av det periodiska systemet för D. I. Mendeleev. I den här artikeln kommer vi att överväga en så viktig fysisk egenskap som densitet, och även ge en tabell över densiteten av metaller i kg/m3.

Materiadensitet

Innan vi tar itu med densiteten av metaller i kg/m3, låt oss bekanta oss med själva den fysiska kvantiteten. Densitet är förhållandet mellan kroppsmassan m och dess volym V i rymden, vilket kan skrivas matematiskt enligt följande:

ρ=m / V

Värdet som studeras anges vanligtvis med bokstaven i det grekiska alfabetet ρ (ro).

Om olika delar av kroppen har olika massor kan du med hjälp av den skrivna formeln bestämma medeldensiteten. I det här fallet kan den lokala tätheten skilja sig betydligt från genomsnittet.

Som du kan se av formeln uttrycks värdet på ρ i kg/m3i SI-systemet. Det kännetecknar mängden av ett ämne som placeras i en enhet av dess volym. Denna egenskap är i många fall kännetecknet för ämnen. Så, för olika metaller, densiteten i kg / m3är annorlunda, vilket gör att de kan identifieras.

Metaler och deras densitet

Metalliska material är fasta ämnen vid rumstemperatur och atmosfärstryck (kvicksilver är det enda undantaget). De har hög plasticitet, elektrisk och termisk ledningsförmåga och har en karakteristisk lyster i ytans polerade tillstånd. Många egenskaper hos metaller är förknippade med närvaron av ett ordnat kristallgitter i vilket positiva jonkärnor sitter vid noderna, anslutna till varandra med hjälp av en negativ elektrongas.

När det gäller densiteten av metaller varierar den mycket. Så, de minst täta är alkalimetallerna, såsom litium, kalium eller natrium. Till exempel är densiteten för litium 534 kg/m3, vilket är nästan hälften av vatten. Det betyder att litium-, kalium- och natriumplattor inte kommer att sjunka i vatten. Å andra sidan har övergångsmetaller som rhenium, osmium, iridium, platina och guld en enorm densitet, som är 20 eller fler gånger vattens ρ.

Tabellen nedan visar densiteten för metaller. Alla värden hänvisar till rumstemperatur i g/cm³. Om dessa värden multipliceras med 1 000 får vi ρ i kg/m^3.

Varför finns det metaller med hög densitet och metaller med låg densitet? Faktum är att värdet av ρ för varje specifikt fall bestäms av två huvudfaktorer:

1. Funktionen hos metallens kristallgitter. Om detta gitter innehåller atomer i den tätaste packningen, kommer dess makroskopiska densitet att vara högre. FCC- och hcp-galler har den tätaste packningen.
2. Metallatomens fysiska egenskaper. Ju större massa och ju mindre radie, desto högre är värdet på ρ. Denna faktor förklarar varför metaller med hög densitet är kemiska grundämnen med ett högt antal i det periodiska systemet.

Experimentell bestämning av densitet

Anta att vi har en bit okänd metall. Hur kan du bestämma dess densitet? När vi återkallar formeln för ρ kommer vi fram till svaret på frågan. För att bestämma metallens densitet räcker det att väga den på vilken våg som helst och mäta volymen. Sedan ska det första värdet divideras med det andra, kom ihåg att använda rätt enheter.

Om den geometriska formen på kroppen är komplex blir det inte lätt att mäta dess volym. I sådana fall kan du använda Arkimedes lag, eftersom volymen av den undanträngda vätskan när kroppen är nedsänkt kommer att vara exakt lika med den uppmätta volymen.

Metoden för hydrostatiska vikter, som uppfanns i slutet av 1500-talet av Galileo, är också baserad på användningen av Arkimedes lag. Kärnan i metoden är att mäta kroppsvikten i luft och sedan i vätska. Om det första värdet betecknas med P₀, och det andra med P_{1, beräknas metalldensiteten i kg/m3 med följande formel:}

ρ=P₀ ρ_l / (P₀ - P 1₎

Där ρ_{l är vätskans densitet.}

Teoretisk definition av densitet

I ovanstående tabell över densiteter för kemiska grundämnen är de metaller för vilka den teoretiska densiteten anges med rött. Dessa grundämnen är radioaktiva och de erhölls på konstgjord väg i små mängder. Dessa faktorer gör det svårt att exakt mäta deras densitet. Men värdet på ρ kan beräknas framgångsrikt.

Metoden för teoretisk bestämning av densitet är ganska enkel. För att göra detta måste du känna till massan av en atom, antalet atomer i det elementära kristallgittret och typen av detta gitter.

Låt oss till exempel ta en beräkning för järn. Dess atom har en massa på 55.847 amu. Järn under rumsförhållanden har ett bcc-gitter med en parameter på 2,866 Ångström. Eftersom det finns två atomer per elementär bcc-kub får vi:

ρ=255, 8471, 6610^-27 / (2, 866³ 10 -30^{)=7,876 kg/m}3

Om vi jämför detta värde med tabell ett kan vi se att de skiljer sig endast på tredje decimalen.