Densitet er en vigtig fysisk størrelse for enhver samlet tilstand af stof. I denne artikel vil vi overveje spørgsmålet om, hvad er densiteten af metaller, vi vil give en tabel over denne parameter for kemiske grundstoffer og tale om det tætteste metal på Jorden.
Hvilke fysiske egenskaber taler vi om?
Densitet er en værdi, der karakteriserer mængden af et stof i et kendt volumen. Ifølge denne definition kan den matematisk beregnes som følger:
ρ=m/V.
Betegn denne værdi med det græske bogstav ρ (ro).
Densitet er en universel egenskab, fordi den kan bruges til at sammenligne forskellige materialer. Dette faktum kan bruges til at identificere dem, hvilket er, hvad den græske filosof Archimedes ifølge legenden gjorde (han var i stand til at etablere en falsk gylden krone ved at måle værdien af ρ for den).
Denne parameter for et bestemt materiale afhænger af to hovedfaktorer:
- fra massen af de atomer og molekyler, der udgør stoffet;
- fra gennemsnitlige interatomiske og intermolekylære afstande.
For eksempel har et hvilket som helst af overgangsmetallerne (guld, jern, vanadium, wolfram) en højere densitet end noget kulstofmateriale, da massen af sidstnævnte atom er ti gange mindre. Et andet eksempel. Grafit og diamant er to kulstofstrukturer. Den anden er tættere, da de interatomiske afstande i dens gitter er mindre.
Tæthed af metaller
Dette er den største gruppe i Mendeleevs periodiske system. Et metal er ethvert stof, der har en høj termisk og elektrisk ledningsevne, en karakteristisk overfladeglans, når det poleres, og evnen til at gennemgå plastisk deformation.
Sådan et kemisk grundstof har en lav elektronegativitet sammenlignet med stoffer som nitrogen, oxygen og kulstof. Dette faktum fører til, at metalatomer i bulkstrukturer danner en metallisk binding med hinanden. Det er en elektrisk vekselvirkning mellem positivt ladede ioniske baser og en negativ elektrongas.
Metalatomer i rummet er arrangeret i form af en ordnet struktur, som kaldes et krystalgitter. Der er kun tre typer:
- cubic;
- BCC (kropscentreret kubisk);
- HCP (sekskantet tætpakket);
- FCC (ansigtscentreret kubisk).
Tætheden af metaller er en fysisk størrelse, der afhænger af typen af krystalgitter. Nedenfor er en tabel over denne parameter for alle kemiske grundstoffer i g / cm3, som under normale forhold er isolid state.
Af tabellen fremgår det, at densiteten af metaller er en værdi, der varierer over et bredt område. Så den svageste er lithium, som med de samme volumener er to gange lettere end vand. Tætheden af det sjældne metal osmium er den højeste i naturen. Den er 22,59 g/cm3.
Hvordan finder du værdien?
Tætheden af metaller er en egenskab, der kan defineres på to fundament alt forskellige måder:
- eksperimentel;
- teoretisk.
Eksperimentelle metoder er som følger:
- Direkte målinger af kropsvægt og volumen. Sidstnævnte er let at beregne, hvis kroppens geometriske parametre er kendt, og dens form er ideel, for eksempel et prisme, en pyramide eller en kugle.
- Hydrostatiske målinger. I dette tilfælde bruges specielle skalaer, opfundet af Galileo i det 16. århundrede. Princippet for deres drift er ret simpelt: først vejes en krop med ukendt tæthed i luft og derefter i en væske (vand). Derefter beregnes den nødvendige værdi ved hjælp af en simpel formel.
Hvad angår den teoretiske metode til at bestemme densiteten af metaller, er dette en ret simpel metode, der kræver viden om typen af krystalgitter, den interatomiske afstand i det og atomets masse. Dernæst vil vi ved at bruge eksemplet med osmium vise, hvordan denne metode bruges.
Densitet af det sjældne metal osmium
Hanfindes i spormængder på vores planet. Oftest findes det i form af legeringer med iridium og platin, såvel som i form af oxider. Osmium har et hcp-gitter med parametre a=2,7343 og c=4,32 ångstrøm. Den gennemsnitlige masse af et atom er m=190,23 amu
Ovenstående tal er nok til at bestemme værdien af ρ. For at gøre dette skal du bruge den originale formel for tætheden og tage højde for, at et sekskantet prisme indeholder seks atomer. Som et resultat når vi frem til arbejdsformlen:
ρ=4m/(√3a2c).
Når vi erstatter ovenstående tal og tager hensyn til deres dimensioner, kommer vi frem til resultatet: ρ=22 579 kg/m3.
Densiteten af et sjældent metal er således 22,58 g/cm3, hvilket er lig med den eksperimentelt målte tabelværdi.
